Opdrachtgever: Deltares
Doorbraakvrije dijken
Opzet doorbraakvrije zeedijken en voorlopige
conclusies sterkte binnentaluds bij golfoverslag
Projectnummer: vdm08302
Versie: 3.1
Datum: 21 mei 2008
In het kader van WV21 wordt door Deltares en een werkgroep gekeken naar doorbraak-vrije dijken. Er wordt gekeken naar de definitie van doorbraakvrij en daarnaast naar hoe doorbraakvrije dijken er zouden moeten uitzien ten opzichte van de huidige dijken. In dit kader is aan Van der Meer Consulting gevraagd specifiek uitwerking te geven aan door-braakvrije zee- en meerdijken en is gevraagd voorlopige conclusies op te stellen naar aanleiding van de proeven met de golfoverslagsimulator omtrent de sterkte van binnenta-luds van dijken tegen golfoverslag.
Deze uitwerking en het maken van voorlopige conclusies is gedaan door meerdere per-sonen/bedrijven hierbij te betrekken, namelijk de projectgroep voor de proeven bij de Boonweg in Friesland en de proeven in Zeeland (Deltares zelf, Infram, Royal Haskoning en Alterra) en Infram ten aanzien van doorbraakvrije zeedijken.
Vanuit observaties van de golfoverslagproeven (zie appendix 1 voor een fotorapportage met beschrijving) is één hoofdconclusie met betrekking tot doorbraakvrije dijken naar vo-ren gekomen. Gesteld wordt dat het aannemelijk lijkt dat een binnentalud van klei met gras bij een overslag van 30 l/s per m of minder nooit door erosie zal bezwijken. Dit bete-kent dat in veel extremere omstandigheden dan de huidige maatgevende belasting, een huidige zee- of meerdijk niet door overslag zal bezwijken.
Om het faalmechanisme infiltratie door golfoverslag en afschuiven van het binnentalud uit te sluiten, dient een doorbraakvrije zee- of meerdijk een binnentalud van 1:3 te hebben. Als kostenalternatief kan ook gekeken worden naar een binnentalud van 1:5.
Omdat de huidige zee- en meerdijken al voor hoge stormvloeden en hoge golven zijn of worden ontworpen, lijkt het relatief gezien geen grote ingreep om deze dijken bestand te maken voor een veel zwaardere storm met een veel kleinere kans van voorkomen. En deze dijk zodoende doorbraakvrij te maken. Als meer golfoverslag wordt toegestaan in zeer extreme omstandigheden (tot ver boven de huidige maatgevende omstandigheden), en wanneer een zee- of meerdijk moet worden verbeterd, dan is het niet een grote stap om deze dijk, ook voor de komende 50 jaar, doorbraakvrij te maken. Bekledingen moeten dan iets dikker worden dan wat nu volgt uit het huidige ontwerpproces en ze moeten iets hoger op het talud worden aangebracht en de dijk moet mogelijk iets hoger.
Uitgevoerd door: dr ir J.W. van der Meer, met medewerking van: ir J. Wouters (Infram)
ir G.J. Steendam (Infram) ir W.L.A. ter Horst (Infram)
ir G.J. Akkerman (Royal Haskoning) ir. A. van Hoven (Deltares)
ir H.J. Verheij (Deltares) ing. J.Y. Frissel (Alterra)
Postbus 423 8440 AK Heerenveen Tel. 06 51574953 jm@vandermeerconsulting.nl www.vandermeerconsulting.nl
Inhoudsopgave
1 Inleiding ... 1
2 Voorlopige conclusies golfoverslagproeven ... 3
3 Doorbraakvrije zeedijken ... 7
3.1 Uitgangspunten... 7
3.2 Aanpak ... 9
3.3 Zwaar aangevallen zeedijk (Petten/Hondsbossche)... 10
3.4 Waddenzeedijk (Boonweg) ... 13
3.5 IJsselmeerdijk (Rotterdamse Hoek, Noordoostpolder) ... 16
3.6 Estuariumdijk (Westerschelde - Ellewoutsdijk) ... 20
3.7 Discussie en conclusies... 22
3.8 Relatie naar rivierdijken ... 23
4 Conclusies en aanbevelingen ... 27
4.1 Conclusies ... 27
4.2 Aanbevelingen... 29 Appendix 1. Foto’s met resultaten van de proeven met de golfoverslagsimulator
Appendix 2. Overzicht van achtergrondgegevens bij alle proeven die met de golfover-slagsimulator zijn uitgevoerd.
1 Inleiding
Deltares brengt in het kader van WV21 advies uit aan de Waterdienst omtrent het onderwerp doorbraakvrije dijken. Er is een werkgroep in het leven geroepen om de discussie en uitwerking van ideeën te stroomlijnen. Wat betreft doorbraakvrije dijken wordt naar alle primaire keringen gekeken, zowel in het boven- en benedenrivieren-gebied als de door storm aangevallen zee-, meer- en estuariumdijken.
Een deel van het advies is uitbesteed aan Van der Meer Consulting. Dit betreft:
A. Opstellen van voorlopige conclusies ten aanzien van de overslagproeven (Delfzijl, Boonweg en Zeeland).
B. Advies over de eisen die gesteld moeten worden aan een doorbraakvrije zeedijk. Dit advies heeft alleen betrekking op de stabiliteit buitenzijde tegen golven en sta-biliteit bij golfoverslag.
De laatste twee maanden is veel inzicht verkregen omtrent sterkte van binnentaluds van dijken bij golfoverslag door de proeven met de golfoverslagsimulator. Proeven zijn uitgevoerd in Friesland en Zeeland en bij een aantal proeven zijn de binnentaluds bij zware golfoverslag bezweken. Analyse zal later plaatsvinden en uiteindelijke conclu-sies komen pas in 2011 in de nieuwe VTV terecht. Voor het project Doorbraakvrije dij-ken is het van belang voorlopige conclusies te hebben. Maar met het stellen van voor-lopige conclusies moet voorzichtig worden omgegaan, omdat ze al te gemakkelijk voor definitieve conclusies worden aangezien. Daarom is bij dit onderwerp de projectgroep betrokken, die de proeven heeft opgezet, uitgevoerd en begeleid. Hoofdstuk 2 geeft de voorlopige conclusies.
Het nadenken omtrent eisen ten aanzien van doorbraakvrije zeedijken is uitgevoerd in samenwerking met ir J. Wouters van Infram. Berekeningen met pc-ring zijn uitgevoerd door ir W.L.A. ter Horst, ook van Infram. Deze exercitie is verwoord in hoofdstuk 3. Op basis van voorgestelde veranderingen in dijkopbouw zal Arcadis als een vervolgstap de financiële consequenties voor de Nederlandse dijken in kaart brengen.
2 Voorlopige conclusies golfoverslagproeven
In het kader van ComCoast is in 2006 de golfoverslagsimulator ontwikkeld en ge-bouwd en zijn in maart 2007 de eerste proeven uitgevoerd naar sterkte van binnenta-luds (erosie) door golfoverslag. Voor een deel was hier ook het SBW-programma van de Rijkswaterstaat betrokken. In februari-april 2008 is verder een redelijk aantal dijken onderzocht op, deels in het kader van SBW en deels in opdracht van het Projectbu-reau Zeeweringen in Zeeland. Doel van het SBW-programma is uiteindelijk een Tech-nisch Rapport op te stellen omtrent sterkte van binnentaluds bij golfoverslag en nieuwe toetsregels te maken voor de VTV 2011.
Met name begin dit jaar is veel extra informatie verkregen, omdat de simulator was vergroot en er daardoor ook inderdaad schademechanismen zijn opgetreden. Er is echter nog geen tijd geweest om alle informatie van dit jaar te analyseren, na te reke-nen, en conclusies uit te trekken.
In het kader van deze studie naar doorbraakvrije dijken is het echter wel gewenst om de resultaten mee te nemen en voorlopige conclusies te trekken op basis van wat we momenteel weten. Het trekken van voorlopige conclusies moet echter wel voorzichtig gebeuren, want in de praktijk zullen ze maar al te gemakkelijk voor definitieve conclu-sies doorgaan. Om deze reden is de volledige projectgroep, die bij de proeven was be-trokken, geraadpleegd en zijn de voorlopige conclusies gezamenlijk vastgesteld. De status van deze voorlopige conclusies is niet anders dan een breed gedragen tussen-stap op weg naar een nieuwe VTV 2011.
De proeven met de golfoverslagsimulator zijn in een bepaald kader uitgevoerd met bepaalde randvoorwaarden. De voorlopige conclusies zijn dan ook alleen toepasbaar binnen dit onderzochte kader. Dit kader ziet er als volgt uit.
Het gaat uitsluitend om erosie van binnentaluds van dijken door golfoverslag. Het mechanisme grootschalig (oppervlakkig) afschuiven door infiltratie van overslaand water is uitdrukkelijk niet onderzocht. Dit onderzoek zal de komende jaren nog wel worden uitgevoerd. Afschuiven door infiltratie is belangrijk bij steile binnentaluds. In het algemeen worden binnentaluds van zee- en meerdijken ontworpen met een 1:3 talud, waarbij wordt aangenomen dat afschuiving dan niet zal optreden. Bij de voorlopige conclusies wordt dit mechanisme dus niet beschouwd.
De proeven zijn uitgevoerd met als aanname een golfhoogte voor de dijk van on-geveer 2 m. Dit is een gemiddelde waarde voor toetsomstandigheden van zee- en meerdijken. Dijken met een veel grotere golfaanval (bijvoorbeeld bij Petten) of met een golfaanval die kleiner is dan ongeveer 1 m (veel rivierdijken), vallen daarmee niet in het onderzochte kader. Bij een grotere golfhoogte dan 2 m gaan er bij het-zelfde debiet minder golven over de dijk, maar dan wel met een groter volume per golf (waardoor de maximale belasting groter is). Bij kleinere golven gaan er veel meer golven overheen, maar met een kleiner volume. Bij grote overslagdebieten zal het al vrij gauw op overlopen lijken. De voorlopige conclusies gelden dus vooral voor zee- en meerdijken met een gemiddelde golfaanval.
De binnentaluds hadden hellingen tussen 1:2,5 en 1:3. Steilere taluds met eventu-eel een berm aan de binnenzijde, zoals bij sommige bovenrivierdijken, vallen dus niet in het onderzochte kader.
Er zijn alleen secties van 4 m breed onderzocht. De resultaten geven niet direct aanleiding dat dit een te smalle sectie was, alhoewel geïnfiltreerd water wel via de bodem zijdelings kon wegstromen. Alle schade ontstond in de sectie en niet tegen de sectiewanden.
Elk beproefd overslagdebiet had een duur van 6 uur. Er werd met kleinere over-slagdebieten begonnen en vervolgens werd na een elke 6 uur het overslagdebiet verhoogd, op dezelfde sectie. Een sectie die bijvoorbeeld met 75 l/s per m werd
beproefd, had al 6 uur lang 10; 30 en 50 l/s per m te verduren gekregen. Als de piek van de storm langer dan 6 uur duurt en de golfoverslag orde 30 l/s per m of meer bedraagt, dan zijn de voorlopige conclusies niet van toepassing.
In Appendix 1 is een groot aantal foto’s gegeven van resultaten van alle uitgevoerde proeven. Bij elke foto is extra informatie gegeven. Het doornemen van deze appendix geeft een goed beeld van wat er allemaal is gebeurd op de diverse locaties. Een kort overzicht van uitgevoerde proeven, met de voornaamste kenmerken, is onderstaand gegeven.
Delfzijl (volledige kleidijk)
Gewone grasbekleding
Versterkte grasmat (geotextiel; Smart Grass Reinforcement - SGR) Kale klei (20 cm zode weg gehaald)
Boonweg (60 cm klei aan binnenzijde dijk op een zandkern)
Normaal beheer, beweiding 2x weiden, geen kunstmest
1x weiden, 1x hooien, geen kunstmest 2x hooien, geen kunstmest
St Philipsland (60 cm klei op zandkern – ter plaatse van schade was dit 40 cm)
1x hooien, steil talud (1:2,5), slechte bedekking
Kattendijke (60 cm klei op een zandkern – ter plaatse van schade was dit 75 cm)
1x hooien, slechte bedekking, zeer veel mollen idem, beschadiging gierinjecteur; 2 palen in talud elastocoast en open asfaltbeton
20 minuten demonstratie voor watermanagers uit Florida
Een meer uitgebreid overzicht met kenmerken is gegeven in Appendix 2, waarbij Del-tares de kenmerken met betrekking tot klei heeft toegeleverd en Alterra de kenmerken met betrekking tot de graszode en deels het beheer.
Als eerste worden hier de observaties gegeven van de proeven. Dit zijn beschrijvin-gen van wat er is voorgevallen en interpretaties zijn daarbij zoveel mogelijk weg gela-ten. Deze observaties zijn niet voorlopig, alhoewel in de definitieve rapportage van de proeven wel nuance verschillen met deze rapportage kunnen ontstaan.
Op basis van de observaties worden voorlopige interpretaties en conclusies ge-trokken, welke binnen het onderzoekskader vallen, zoals boven geschetst.
De volgende observaties zijn gemaakt.
1. Geen enkel binnentalud van een proefvak gaf significante schade bij 30 l/s per m, gedurende 6 uur simulatie.
2. 1 proefvak gaf grote schade bij 50 l/s per m (St Philipsland). Het binnentalud was 1:2,5 met 0,4 m zandige klei op een zandkern en een open zode.
3. Pas bij 75 l/s per m ontstond bij een aantal proefvakken grote schade, maar een groot deel van de proefvakken doorstond ook deze belasting goed.
5. Elastocoast en open asfaltbeton gaven geen schade bij 125 l/s per m. Een kleine reparatie met koud asfalt spoelde vrijwel direct weer weg.
6. Overgangen talud-horizontaal geven schade (in 6 van de 9 vakken); soms al bij 30 l/s per m, maar vooral bij 50 l/s per m of meer. Een onderhoudsweg van gravel is in droge omstandigheden hard en stabiel om op te rijden, maar er ontstaat uit-spoeling en grote schade bij 30 l/s per m of meer overslag.
7. Een gat in de klei met een verticaal talud geeft het ontstaan van het mechanisme “head cut erosie”. Het verticale talud brokkelt af en het gat wordt naar boven toe groter. Dit mechanisme is in 4 proefvakken ontstaan.
8. Een beschadiging (gat) door de kleilaag heen tot op het zand (bij 50 l/s per m of meer) geeft direct grote schade, de zandkern spoelt zeer snel uit, ook volgens het head cut erosie mechanisme.
9. Goede kale klei, zoals de dijk bij Delfzijl, kan 6 uur 1 l/s per m golfoverslag aan, vervolgens 6 uur 5 l/s per m en daarna 6 uur 10 l/s per m. Bij elke belasting trad er erosie van kleideeltjes op. De voorgeschiedenis telt daarom mee bij de uiteindelij-ke schade bij 10 l/s per m. De resultaten gelden voor een volledige kleidijk. Als er een kleilaag op een zandkern ligt, dan is het kritieke punt wanneer het gat door de kleilaag heen gaat.
10. Aangebrachte gaten van 15x15 cm gaven in erosiebestendige klei bij 50 l/s per m geen verdergaande schade aan de grasmat. Bij gaten van 40x40 cm (15 cm diep) en 1x1 m (5 cm diep) ontstond uitschuring (geulvorming) aan de onderzijde van het gat tot aan de teen van de dijk.
11. De versterkte grasmat bij Delfzijl (SGR – Smart Grass Reinforcement) is bij schade aangebracht aan de grasmat sterker dan de gewone dijk.
12. Bij een aantal proefvakken kwamen veelvuldig mollen en soms ook muizen voor. De gangen werden duidelijker zichtbaar na overslag en de ingangen werden soms een beetje uitgehold, maar geen enkele beschadiging door deze dieren heeft tot initiële schade aan het talud geleid.
13. Op twee dijkvakken, (vrijwel) zonder beweiding en met een sterke zode, kwam het “ballonmechanisme” voor bij 75 l/s per m. Dit mechanisme was niet bekend.
14. Schade aangebracht door een gierinjecteur was geen aanleiding tot initialisatie van een schademechanisme bij golfoverslag.
15. Net geplaatste palen met een kleine diameter zijn in het algemeen geen obstakels die aanleiding geven tot schade. Eén paal (Kattendijke) werd uit het talud gerukt, met name omdat deze ondiep (30 cm) in of bij een stelsel van mollengangen was geplaatst. Er ontstond echter geen doorgaande schade. Palen of obstakels met grote diameter, zoals bijvoorbeeld dijkpalen, zijn niet onderzocht.
Bovenstaande observaties leiden tot de volgende voorlopige conclusies, geldend binnen het omschreven kader.
1. Het lijkt aannemelijk dat een binnentalud van klei met gras bij een overslag van 30 l/s per m of minder nooit door erosie zal bezwijken. Alleen verder onderzoek kan deze conclusie meer definitief maken.
2. Het lijkt dat erosiebestendigheid van het binnentalud vooral wordt bepaald door het gras en minder door de kwaliteit klei. De variabiliteit van de graszode heeft wel in-vloed, maar mogelijk minder dan we hadden verwacht. Dit zou kunnen betekenen dat ook de wijze van beheer maar weinig invloed heeft op de sterkte van het bin-nentalud.
3. Overgangen talud-horizontaal zijn mogelijk de belangrijkste aanleiding voor initiële en doorgaande schade. Bij de proeven is dit vaak de overgang van benedentalud naar het horizontale maaiveld (teen van de dijk) of onderhoudsweg geweest. Scha-de ontstond altijd bij een overslagScha-debiet van 30 l/s per m of meer. Dan ontstaat Scha-de schade wel helemaal beneden aan de dijk en moet er veel tijd zijn om een door-braak te veroorzaken. Andere overgangen van talud naar horizontaal zijn niet on-derzocht, maar geven mogelijk hetzelfde beeld. Te denken valt aan fietspaden, hoger gelegen onderhoudswegen, binnenbermen, tractorsporen, schapenpaadjes, dijkovergangen, trappen, op- en afritten, etc. Verder onderzoek zou hier uitsluitsel kunnen geven.
4. Een gat in de kleilaag die de onderliggende zandkern bereikt, veroorzaakt bij een groot overslagdebiet (50 l/s per m of meer) een snelle doorgaande erosie. Dit is niet geconstateerd bij kleinere overslagdebieten om de eenvoudige reden dat bij kleinere overslagdebieten nooit wezenlijke schade aan het binnentalud is opgetre-den.
5. Kleine obstakels als palen hebben geen erosie laten zien. Grotere niet waterke-rende elementen, zoals dijkpalen of dijkstenen, of een afrastering die al lange tijd staat (met mogelijk muizen- en mollengaten in het niet gemaaide gras er om heen en een afwijkende bodemstructuur) zijn niet onderzocht en kunnen mogelijk wel aanleiding zijn tot schade. Ook hier is verder onderzoek nodig voor meer definitie-ve conclusies.
Met betrekking tot de onderhavige studie naar doorbraakvrije dijken (hoofdstuk 3) is één hoofdconclusie relevant.
De conclusie geldt binnen het onderzochte kader: alleen erosie door golfoverslag wordt beschouwd, het binnentalud is ongeveer 1:3 of iets steiler en aan de buitenzijde van de dijk staat gedurende maximaal 6 uur een significante golfhoogte van orde 2 m. Dit betekent dat (boven)rivierdijken vrijwel niet binnen dit kader vallen vanwege een veel lagere golfhoogte. Het mechanisme infiltratie door overslag en daarna afschuiven van het binnentalud, vooral mogelijk bij steile binnentaluds, wordt uitdrukkelijk niet be-schouwd.
Geconcludeerd kan worden dat het aannemelijk lijkt dat een binnentalud van klei met gras bij een overslag van 30 l/s per m of minder nooit door erosie zal bezwijken. Alleen verder onderzoek kan deze conclusie meer definitief maken.
3
Doorbraakvrije zeedijken
3.1 Uitgangspunten
Door de werkgroep is gediscussieerd over de definitie van wat onder doorbraakvrij moet worden verstaan. "Doorbraakvrij" wordt voorlopig gedefinieerd als "een over-stromingskans of doorbraakkans die praktisch nul is, wat minimaal 2 ordes kleiner is dan nu volgens normen wordt aangegeven". En "nu" betekent 2015 wanneer alle dij-ken op orde (dienen te) zijn.
In de media wordt momenteel gesuggereerd dat alle dijken doorbraakvrij te maken zijn door ze op de kruin 200 m breed uit de voeren. Allereerst moet worden geconcludeerd dat deze suggestie vanuit ruimtelijke ordening mogelijkheden kan bieden. Functie-combinaties, uitbreidingsplannen voor steden, vooral in rivierengebied, zouden dan op de dijk kunnen plaatsvinden. Maar de tweede conclusie is direct: om een doorbraak-vrije dijk te maken is vanuit technisch oogpunt geen enkele reden om deze 200 m breed te maken. In deze studie is de “200 m brede doorbraakvrije dijk” geen optie, een dijk kan veel eenvoudiger en op goedkopere manieren doorbraakvrij worden gemaakt. Als er over een doorbraakvrije dijk wordt gesproken dan is het goed om drie typen dij-ken te onderscheiden namelijk:
Zee- en meerdijken, Rivierdijken
Boezemkaden.
Zee- en meerdijken moeten “kortstondig” hoge waterstanden plus hoge golven keren. De hoge waterstanden zijn kortstondig omdat deze of door een combinatie van getij en windopzet ontstaan (zeeën) of door alleen windopzet (meren). Golven domineren de belasting. Rivierdijken moeten langdurig (dagen) hoge waterstanden keren, golven zijn veel minder dominant aanwezig. Kaden moeten continu hoge waterstanden keren (fluctuatie in waterstand is gering). Dit hoofdstuk behandelt alleen zee- en meerdijken, alhoewel in paragraaf 3.8 een link naar rivierdijken wordt gelegd. Rivierdijken worden door Deltares onder de loep genomen en naar boezemkaden wordt vooralsnog niet gekeken.
Wat betreft zeedijken wordt voorlopig gesteld dat maar twee faalmechanismen belang-rijk zijn: stabiliteit van het buitentalud tegen golfaanval en sterkte van het binnentalud bij golfoverslag. Mogelijk zijn er locaties in Nederland waar een ander mechanisme ook belangrijk zou kunnen zijn (bijvoorbeeld piping in een piping-gevoelig gebied), maar het gaat om de grote lijnen en niet om mogelijke afwijkingen op sommige loca-ties.
Er is al veel eerder over doorbraakvrije zeedijken nagedacht, ook al direct na de ramp van 1953. In de nota: “Onderzoek betreffende het bezwijken der zeedijken tijdens de stormvloed van 1 Februari 1953”, stelt ir Edelman dat de dijken die zijn bezweken allen aan een combinatie van zwakke punten leden, te weten:
een te lage kruin waardoor er water over de kruin kwam;
een slechte structuur, vooral van de afdeklagen, waardoor een snelle verwe-king van de diepere delen van de dijk kon optreden;
taluds steiler dan het natuurlijke talud van dijkspecie in doorweekte toestand, waardoor afschuivingen konden optreden.
Indien één van deze gebreken niet aanwezig was is, de dijk in zijn algemeenheid niet bezweken. Deze analyse komt overeen met de gangbare analyse voor de
dijkdoorbra-ken tijdens de ramp van 1916 in Noord-Holland. Ook daar werd geconstateerd dat door het vele overslaande water de binnenkant van de dijk bezweek waardoor vervol-gens een bres in de dijk ontstond.
Wat het natuurlijk talud van doorweekte dijkspecie precies is, is niet bekend maar Edelman zelf suggereert dat een talud 1:3 waarschijnlijk voldoende flauw is.
Sinds 1953 wordt en is de dijkhoogte bepaald op het toestaan van erg weinig golfover-slag. In eerste instantie was dit het 2%-golfoploopniveau, waarbij werd verondersteld dat als maar 2% van de golven de kruin bereikt, dit nooit tot bezwijken door golfover-slag kan leiden. Een kleilaag met grasbedekking is dan in alle gevallen sterk genoeg. Later is het 2%-criterium omgebogen naar een overslagcriterium, voornamelijk 1 l/s per m breedte. Bij rivierdijken wordt soms 0,1 l/s per m aangehouden. Ook bij 0,1 en 1 l/s per m geldt dat elk binnentalud van klei met gras dit aankan. Feitelijk hebben wij al onze dijken zodanig gebouwd dat in toetsomstandigheden er “geen” golfoverslag plaatsvindt.
Tot voor kort was er niet veel inzicht in de sterkte van dijken als er wel grote golfover-slag zou optreden. Inmiddels is veel meer bekend, zoals in hoofdstuk 2 is omschreven. Op basis van hoofdstuk 2 kan worden geconcludeerd dat het aannemelijk lijkt dat een binnentalud van klei met gras bij een overslag van 30 l/s per m of minder nooit door erosie zal bezwijken. Alleen verder onderzoek kan deze conclusie meer definitief ma-ken.
De conclusie geldt binnen het onderzochte kader: alleen erosie door golfoverslag wordt beschouwd, het binnentalud is ongeveer 1:3 of iets steiler en aan de buitenzijde van de dijk staat gedurende maximaal 6 uur een significante golfhoogte van orde 2 m. Dit betekent dat (boven)rivierdijken vrijwel niet binnen dit kader vallen vanwege een veel lagere golfhoogte. Het mechanisme infiltratie door overslag en daarna afschuiven van het binnentalud, vooral mogelijk bij steile binnentaluds, wordt uitdrukkelijk bij de uitgevoerde proeven niet beschouwd.
Als elke dijk zondermeer 30 l/s per m golfoverslag aankan, dan kan nu al worden ge-concludeerd dat onze zee- en meerdijken met betrekking tot erosie van het binnenta-lud bij golfoverslag, al behoorlijk doorbraakvrij zijn. Er moeten namelijk behoorlijk zwaardere stormcondities aanwezig dan de toetscondities om tot zo’n overslagdebiet te komen. Bij de verdere uitwerking van voorbeelddijken zal worden nagegaan of dit ook nog zo is bij een storm die “2 ordes zwaarder is”, zie de voorlopige definitie zoals boven gesteld.
Golfoverslag kan in principe tot twee faalmechanismen leiden, namelijk erosie van grasbedekking en kleilaag, maar ook tot infiltratie van water en het afschuiven van de-len van het binnentalud. Dit laatste mechanisme is eigenlijk niet afhankelijk van de grootte van de golfoverslag, noch van de krachten van overstromend water. Er dient genoeg water op het binnentalud te zijn om te kunnen infiltreren. Dat is al het geval bij een golfoverslagdebiet van orde 1 l/s per m.
Dit mechanisme heeft vooral in 1953 een rol gespeeld en Edelman en Wemelsfelder hebben zich in 1955 sterk gemaakt om alle binnentaluds van dijken minimaal een talud van 1:3 te geven. Dat is ook inderdaad de leidraad geworden. De veronderstelling was en is dat een 1:3 talud niet afschuift door infiltratie van water. Of dit echt niet zou kun-nen, kan nog niet worden onderbouwd. Bij het ontwerpen van zee- en meerdijken wordt het mechanisme wel beschouwd en komt men inderdaad vaak op een 1:3 talud. Maar bij de toetsingen worden niet alle 1:3 binnentaluds goedgekeurd. De Flevolandse dijken nabij Lelystad zijn pas goedgekeurd na een geavanceerde toetsing, waarbij men daadwerkelijk gedurende lange tijd water over het binnentalud liet lopen.
Voor de onderhavige exercitie wordt er echter van uit gegaan dat een 1:3 talud vol-doende waarborg biedt tegen het faalmechanisme infiltratie en afschuiven bij zee- en meerdijken. Als alternatief spoor voor consequenties ten aanzien van kosten, is het ook mogelijk overal een 1:4 of zelfs 1:5 binnentalud te maken. Deze schuiven zeker niet af. De kosten zouden door Arcadis kunnen worden berekend.
Buitentaluds worden door golven aangevallen en worden vaak door bekledingscon-structies beschermd. De huidige ontwerpmethode is er op gericht dat er geen schade mag ontstaan tijdens de toets- of ontwerpstorm. De bekleding moet “heel” blijven. Het betekent dat er nog enige sterkte aanwezig is als er wel een blok uit de zetting zou komen. Maar er is geen garantie dat de bekleding het zal houden bij een belasting ho-ger dan de toets- of normbelasting. Dit betekent dat bekledingen sterker gemaakt moeten worden als een dijk het predicaat doorbraakvrij zou moeten krijgen. Welk deel sterker moet worden en hoeveel sterker, is onderdeel van de uitwerking van enkele voorbeelden.
3.2 Aanpak
De eenvoudigste aanpak om een doorbraakvrije dijk te maken, die een 2 ordes kleine-re kans heeft om door te bkleine-reken dan de huidige dijken (die in 2015 op orde zijn), is om de huidige ontwerp- of toetsprocedure aan te houden, maar dan voor een belasting die een 100 maal kleinere kans van optreden heeft. Dat betekent globaal dat naar een 10-6-belasting moet worden gekeken in plaats van naar een 10-4-belasting. Voor deze zwaardere belasting zou de bekleding moeten worden ontworpen en moeten worden vergeleken met de huidige bekleding, zowel qua dikte als locatie.
Wat betreft golfoverslag wordt eerst bekeken wat de golfoverslag wordt bij de zwaar-dere belastingen, waarbij zowel naar een 100, maar ook naar een 10 maal zwaarzwaar-dere belasting kan worden gekeken. Zolang een overslagdebiet van 30 l/s per m niet wordt overschreden, zijn geen extra maatregelen nodig wat betreft kruin-hoogte en binnentalud. Daarna wel.
Vooralsnog wordt niet naar het waterbezwaar gekeken als de overslag groter wordt dan nu vaak is toegestaan en ook niet wat het betekent als er geen dijkbewaking meer plaats kan vinden omdat er teveel water over de kruin komt. Let wel, onder de huidige maatgevende omstandigheden komt er nauwelijks water over de dijk. Het gaat om si-tuaties die een veel kleinere kans van voorkomen hebben dan de huidige maatgeven-de.
Dijkverhoging is in deze exercitie geen vies woord. Met name bij zeedijken is het zelden een probleem de dijken te verhogen. Er wordt vrijwel nooit op een zeedijk ge-bouwd en vaak is er ruimte voor verbetering. Dit is mogelijk geheel anders in het rivie-rengebied. Een eerste maatregel ten aanzien van teveel golfoverslag zou kunnen zijn toch de dijken (een beetje) te verhogen. Als substantiële verbeteringen nodig zijn, dan komen ook alternatieven als overslagbestendige systemen in zicht.
Om enig inzicht te krijgen in de aanpassingen die nodig zijn om doorbraakvrije zee-en meerdijken te maken, zijn de dijken in 4 categorieën ingedeeld:
een zwaar aangevallen zeedijk (Pettemer/Hondsbossche) een Waddenzeedijk (Boonweg)
een IJsselmeerdijk (Rotterdamse Hoek, Noordoostpolder) een estuariumdijk (Westerschelde, nabij Ellewoutsdijk)
Voor elke locatie is de dijkgeometrie bepaald en de toetscondities uit HR2006. Hier-mee is als eerste de golfoverslag bepaald. Om aan hydraulische condities te komen met een kleinere frequentie, is het programma pc-ring gebruikt. Pc-ring wordt binnen VNK gebruikt en bevat in feite de hele statistiek van waterstanden, golfhoogten en golfperioden. Binnen VNK moeten immers overstromingskansen worden berekend en dan is de volledige statistiek van belastingen nodig. Niet in alle gevallen leidde de sta-tistische invoer van pc-ring tot precies de vastgestelde hydraulische randvoorwaarden in HR2006. Mogelijk omdat niet precies het juiste uitvoerpunt is genomen, maar een punt in de buurt. In zo’n geval zijn de randvoorwaarden zodanig aangepast dat de condities in HR2006 werden verkregen. Na bespreking van het conceptrapport zijn de decimeringshoogtes van de waterstanden langs verschillende watersystemen in Ne-derland door de Waterdienst toegeleverd. Deze zijn in dit rapport beschouwd naast de gegevens uit pc-ring.
Met de hogere condities is gekeken naar stabiliteit en golfoverslag. Tot slot zijn uit de resultaten conclusies getrokken.
3.3 Zwaar aangevallen zeedijk (Petten/Hondsbossche)
De Noordzeekust kent een paar dijkvakken waar golven direct vanuit de zee de kust bereiken, zoals bij Den Helder, Petten en Westkapelle. Andere zeedijken liggen meestal achter de eilanden (Waddenzeekust) of in estuaria. Als voorbeeld is hier de dijk bij Petten genomen (Pettemer en Hondsbossche Zeewering), zie figuur 3.1
Figuur 3.1. Pettemer Zeewering bij zware storm
De teen van de dijk (met een breukstenen teenconstructie) ligt op -0,7 m NAP. Het be-nedentalud van de Pettemer is 1:4, dat van de Hondsbossche 1:8. de berm ligt onge-veer op +5.45 m NAP met een helling van 1:20 en een breedte van 18 m. Het boven-talud is vrijwel 1:3 en de dijkhoogte is ongeveer +12,8 m NAP. Het volledige boven-talud tot aan de kruin is bekleed met steenbekleding en asfalt. Het binnentalud is ongeveer 1;3. Voor berekeningen zijn de volgende (x,y)-coördinaten aangehouden, uitgaande van de Hondsbossche Zeewering (zonder ruwheid op het boventalud):
x (m) y (m NAP)
0 -5.32
84 5.18
102 5.79
HR2006 geeft voor locatie RSP 22-25:
Hs = 4,60 m, Tm-1,0 = 12,2 s en toetspeil = +4.80 m NAP.
Met deze doorsnede en bovenstaande gegevens wordt met pc-oversalg een overslag-debiet van 4.8 l/s per m berekend. Omdat dit hoger is dan de “toegestane” 1 l/s per m wordt deze dijk binnenkort versterkt. Er zijn daarvoor verschillende mogelijkheden, maar hier wordt voor de eenvoud er maar één genomen, namelijk het vastleggen van het voorland tussen de strekdammen op een hoogte van -0,7 m NAP. De dijk zelf is al erg hoog en een nog verdere verhoging is niet erg zinvol. Het afkeuren van de dijk in deze toetsronde is vooral gekomen omdat de golfhoogte voor de teen hoger is gewor-den. Het met een harde constructie vastleggen van de vooroever over 100 m of 150 m heeft het breken van golven tot gevolg, waardoor er een lagere golfhoogte bij de con-structie ontstaat. Als van een maximale golfhoogte van 0,6 maal de waterdiepte wordt uitgegaan, dan verkleint de golfhoogte naar Hs = 3,30 m en wordt de golfoverslag 0,6 l/s per m, wat ongeveer overeenkomt met de gewenste 1 l/s per m. Er wordt hier van-uit gegaan dat dit ongeveer de maatregel is die in 2015 ten van-uitvoer is gebracht.
De marginale statistieken van waterstand en golfhoogte zijn uit pc-ring gehaald. Deze zijn gegeven in figuren 3.2 en 3.3.
1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 Waterstand [m NAP] Ov ers chr ij di ng s kans [ -]
Figuur 3.2. Waterstandsstatistiek Hondsbossche, vanuit pc-ring
1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Golfhoogte [m] Over sch ri jd in gs kan s [-]
Pc-ring komt tot de volgende waarden:
kans waterstand (m +NAP) golfhoogte (m)
1/10.000 4,75 4,65
1/100.000 5,4 4,95
1/1.000.000 6,0 5,22
De waarden uit pc-ring komen vrijwel overeen met HR2006 (er is hooguit 5 cm ver-schil). Als van de huidige kering wordt uitgegaan (dus niet de geschatte toestand in 2015 na verbetering), dan wordt de golfoverslag voor de kleinere overschrijdingskan-sen respectievelijk 16,7 l/s per m en 48 l/s per m. Hierbij is de golfperiode steeds 0,5 s verhoogd. Het laatste debiet is hoger dan de 30 l/s per m wat als minimum is gesteld aan “doorbraakvrij”.
Als er uitgegaan wordt van een versterking zoals boven beschreven (vastleggen voor-oever op -0,7 m NAP), dan worden de golfhoogtes achtereenvolgens (0,6 maal de diepte op de vooroever) 3,66 m en 4,02 m. De golfoverslagdebieten worden dan 4,5 l/s per m en 19 l/s per m. Bij de maatregel van het vastleggen van de vooroever wordt de kruinhoogte van de dijk dus niet veranderd. Ook bij de 10-6 conditie blijft de overslag beneden de 30 l/s per m. Toch mag deze dijk niet direct als “doorbraakvrij” worden be-schouwd, omdat de golfhoogte bij de dijk ongeveer 4 m is en dat valt buiten het kader van de tot nu toe uitgevoerde proeven, waarbij van 2 m werd uitgegaan. Omdat de overslag bij de 10-6-omstandigheid nog duidelijk beneden 30 l/s per m blijft, zal dit waarschijnlijk geen probleem voor de dijk opleveren, maar nader onderzoek is nood-zakelijk.
De toestand van de dijk in 2015 is momenteel nog speculatie, want aan het ontwerp wordt momenteel gewerkt. Er mag van worden uitgegaan dat de overslag in toetscon-dities over 50 jaar in de orde van 1 l/s per m ligt, of dat maatregelen worden genomen dat er meer water overheen mag slaan. Bij deze maatregelen wordt er ook rekening met zeespiegelstijging gehouden en daardoor met een zwaardere belasting. Dit bete-kent dat in 2015 de dijk vrijwel zeker als doorbraakvrij mag worden beschouwd met betrekking tot overslag.
De bekleding moet ook bestand zijn tegen de zwaardere golfbelastingen. De uitkomst van de toetsing op stabiliteit bekleding met de nieuwe randvoorwaarden is niet be-kend. Als van de huidige bekleding wordt uitgegaan (dus niet de toestand in 2015), dan wordt de belasting 11% hoger (golfhoogte van 4,7 m naar 5,22 m). Als de huidige bekleding bestand is tegen een golfhoogte van 4,7 m, dan is het maar de vraag of de-ze een nog 11% zwaardere belasting kan hebben. Het is overigens best mogelijk dat de bekleding rondom de berm vervangen wordt door een dikkere bekleding en dan wordt opnieuw uitgegaan van condities over 50 jaar, inclusief zeespiegelstijging, dus condities die meer met een kans van 10-5 overeenkomen. Het verschil in golfhoogte bij 10-5 en 10-6 is maar 0,27 m, oftewel 5%. Als bij het ontwerp ook nog de “robuustheids-toeslag” wordt meegenomen van 10% op golfhoogte en golfperiode, dan is de dijk wat betreft bekleding in 2015 zeker doorbraakvrij.
Mocht de bekleding niet aan de huidige HR2006 voldoen, dan geeft een oplossing met een vastgelegde vooroever hier wel soelaas. De golfhoogte is dan immers maar 3,3 m bij 10-4 en 4,0 m bij 10-6. Dat is beduidend lager dan de huidige golfhoogte in HR2006. Geconcludeerd kan worden dat als in 2015 de Hondsbossche Zeewering versterkt is, op dat moment de dijk als doorbraakvrij mag worden beschouwd, zowel qua bekleding als overslag. Dit kan 50 jaar later (zeespiegelstijging) anders zijn.
Hoogwaterbeschermings-programma worden versterkt, kan de situatie anders zijn. De decimeringshoogte van de waterstand is ongeveer 0,6 m, die van de golfhoogte maar orde 0,3 m, uitgaande van de situatie bij Petten. Als er momenteel minder dan 1 l/s per m golfoverslag is, dan zal dat bij een 100 maal kleinere overschrijdingskans mogelijk in de buurt van 30 l/s per m liggen. Als de bekleding nu net aan de toetsing voldoet, dan zal er waarschijnlijk een dikkere bekleding moeten worden aangelegd, die tot aan de kruin doorgaat. Door de Waterdienst zijn decimeringshoogtes van de waterstand langs de Nederland-se kust uitgerekend. Figuur 3.3 geeft een overzicht. De gekozen locatie Petten heeft een vrij grote decimeringshoogte. De Zuid-Hollandse (zachte) kust is nog iets hoger en ook diep in de Westerschelde.
Decimeringshoogtes Nederlandse kust
350000 400000 450000 500000 550000 600000 650000 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 X-coördinaat [RD] Y-co örd in aa t [R D ] 0.0 =< dh < 0.1 0.1 =< dh < 0.2 0.2 =< dh < 0.3 0.3 =< dh < 0.4 0.4 =< dh < 0.5 0.5 =< dh < 0.6 0.6 =< dh < 0.7 0.7 =< dh < 0.8 0.8 =< dh < 0.9 0.9 =< dh < 1.0
Figuur 3.4. Decimeringshoogtes van de waterstand langs de Nederlandse kust (bron: HKV in opdracht van de Waterdienst)
3.4 Waddenzeedijk (Boonweg)
Bij de Boonweg, waar ook de golfoverslagproeven hebben plaatsgevonden, is door-snede W2-15.800 genomen. Het Waddenzeeslik ligt ongeveer op +0,7 m NAP. Het benedentalud van asfalt loopt ongeveer 1:4,2 naar een hoogte van +6.9 m NAP, waarna er een steile berm ligt van 1:8.6 tot +7.25 m NAP. Hierna ligt er een grastalud van 1:5,6 tot een dijkhoogte van +8,8 m. De kruin is 2,5 m breed en het binnentalud is 1: 2,85 tot een hoogte van +1,64 m NAP. Zie figuur 3.5 voor een indruk.
Voor berekeningen zijn de volgende (x,y)-coördinaten aangehouden: x (m) y (m) 0 0.7 25.9 6.9 28.9 7.25 37.65 8.8 40.15 8.8 60.45 1.64
HR2006 geeft voor deze locatie Hs = 1,90 m met toetspeil +4,90 m. Er is geen periode gegeven. Deze wordt aangehouden op Tp = 6 s. De golfoverslag die hierbij wordt ge-vonden is 0,3 l/s per m, dus kleiner dan 1 l/s per m.
Figuur 3.5. De Boonweg 1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Waterstand [m NAP] O v e rs c hr ijd in gs k a n s [-]
1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Golfhoogte [m] O v er sch rij di ng skans [-] pc-ring Vanuit HR2006
Figuur 3.7. Golfhoogtestatistiek Boonweg, vanuit pc-ring en HR2006
De statistieken van waterstand en golfhoogte, zoals deze in pc-ring aanwezig zijn, zijn gegeven in figuren 3.6 en 3.7. Voor 1/4000 wordt inderdaad een waterstand van +4,90 m NAP gevonden, maar de golfhoogte is dan 1,57 m, dus duidelijk lager dan 1,90 m. Dit kan komen omdat pc-ring voor de Waddenzee op ander gegevens is ge-baseerd dan de oude ontwerpgegevens die in HR2006 staan. Toch is hier uitgegaan van HR2006 als leidend. Daarom is in figuur 3.6 een lijn voor de golfhoogte getrokken die evenwijdig is aan de lijn vanuit pc-ring, maar overeenkomt met HR2006 voor de overschrijdingskans van 1/4000. De condities worden dan:
kans waterstand (m +NAP) golfhoogte (m)
1/4000 4,90 1,90
1/40.000 5.30 2.08
1/400.000 5.70 2.26
De asfaltlaag bij de Boonweg is vorig jaar net vernieuwd. De dikte van de nieuwe as-faltbekleding van waterbouwasfaltbeton (WAB) bedraagt 18 cm op een funderingslaag van gefreesd asfalt van ca. 15 - 20 cm. De ontwerprandvoorwaarden die zijn aange-houden, zijn (toegeleverd door Wetterskip Fryslân):
Ontwerpwaterstand: NAP +5,40 m
Golfhoogte Hs: 2,08 m
Golfperiode Tp: 6,17 s
De ontwerpcondities houden rekening met een zeespiegelstijging van 0,50 m en daarmee komt deze conditie vrijwel overeen met een overschrijdingkans van 1/40.000, maar dan zonder zeespiegelstijging. Verwacht mag worden dat er ook in het ontwerp zelf (de sterkte) enige veiligheid zit, wat betekent dat mogelijk de condities bij een overschrijdingskans van 1/400.000 ook kan worden gekeerd. Mogelijk moet dan wel het grastalud tot aan de kruin worden vervangen door een bekleding.
De golfoverslag, die met pc-overslag wordt berekend, wordt 1,2 l/s per m en 4,7 l/s per m, voor respectievelijke overschrijdingskansen van 1/40.000 en 1/400.000. De golfpe-riode Tp is achtereenvolgens verhoogd tot 6,2 s en 6,4 s. Dit zijn kleine overslagdebie-ten en duidelijk kleiner dan 30 l/s per m. Ten aanzien van golfoverslag hoeven er geen maatregelen te worden genomen om de dijk doorbraakvrij te maken.
In het specifieke geval bij de Boonweg (traject Westhoek – Zwarte Haan) is de dijk hoog en is net de buitenbekleding vervangen. De decimeringshoogte van de water-stand van 0,4 m bij de Boonweg en oplopend langs de Fries-Groningse kust (zie figuur 3.4), komt vrijwel overeen met de verwachte zeespiegelstijging van 0,5 m in 100 jaar. Daarmee is de dijk dus nu al bestand tegen condities met een overschrijdingskans van 1/40.000. Het verschil in golfhoogte bij een tien maal kleinere overschrijdingskans is maar klein: 2,26 m tegen 2,08 m. Dit is een bijna 9% hogere belasting. Verwacht mag worden dat er voldoende veiligheid in de sterkte/dikte van de nieuwe asfaltlaag zit om deze hogere belasting ook te keren. Voor het traject Westhoek – Zwarte Haan bete-kent dit dat deze dijk feitelijk al doorbraakvrij is en dat er geen maatregelen hoeven te worden genomen.
Dat hoeft niet voor alle Waddenzeedijken zo te zijn. Gezien de decimeringshoogtes van waterstand en golfhoogte, is het waarschijnlijk wel zo dat een dijkhoogte die nu aan het 1 l/s per m overslagcriterium voldoet, deze dijk bij een belasting met een 100 maal kleinere kans een overslag ondervindt die kleiner is dan 30 l/s per m. Globaal kan worden gesteld dat de meeste Waddenzeedijken doorbraakvrij zijn ten aanzien van golfoverslag.
Het verschil in golfbelasting (1,9 m golfhoogte tegen 2,28 m) is 20%. In feite zou de bekleding van Waddenzeedijken rondom toetspeil moeten worden vervangen door een 20% dikkere bekleding. Maar alleen in het geval als niet onlangs een bekleding is ver-vangen, waarbij al rekening is gehouden met een toekomstige zeespiegelstijging.
3.5 IJsselmeerdijk (Rotterdamse Hoek, Noordoostpolder)
Om na te gaan wat de consequenties voor een meerdijk zijn bij het toepassen van een factor 100 lagere normfrequentie is er voor gekozen om dit door te rekenen voor de Noordoostpolderdijk, net ten zuiden van de Rotterdamse hoek. Dit is ter plaatse van het uitvoerpunt N170 in het Hydra-M en Hydra-Q programma. Het profiel van de dijk, gedeelte tussen Rotterdamse hoek en Urk ziet er als volgt uit, zie ook figuur 3.8:
- teen op NAP – 4,0 m
- van NAP – 4,0 m tot NAP – 1,5 m talud 1 : 6
- van NAP – 1,5 m tot NAP 0,0 m talud 1 : 4 met bestorting 30-600 kg - op NAP 0,0 m een 2 m brede berm
- van NAP 0,0 m tot NAP + 1,70 m basaltbekleding 30/40
- op NAP + 1,70 m een 5 m brede berm (graniet D = 0,20 m en basalt 20/30) - van NAP + 1,9 m tot kruin NAP + 4,70 m; talud 1 : 3
- kruin NAP + 4,70 m breedte 2 m - binnentalud 1 : 2,5
Met behulp van het Hydra-M programma is de maatgevende combinatie van hydrauli-sche omstandigheden voor het betreffende uitvoerpunt berekend (normfrequentie 1/4000 per jaar). Extrapolatie naar de 10 keer en 100 keer kleinere frequentie is ge-daan aan de hand van de windsnelheid. Op basis van de windstatistiek bij Schiphol zijn de windsnelheden bij een 10 keer en 100 keer kleinere normfrequentie bij de ge-geven windrichting bepaald. Vervolgens is met behulp van het Cress programma de verandering in windopzet en golfhoogte berekend (Cress werd hiervoor op de Hydra-M resultaten afgeregeld door de waterdiepte te variëren). Er is gekozen voor een strijk-lengte van 36 km omdat de dominante windrichting tussen 270° en 300° ligt. Voor de stabiliteit van de bekleding is een vergelijkbare procedure gevolgd alleen is nu in plaats van het Hydra M programma het Hydra-Q programma gebruikt. De overslagde-bieten (q) zijn vervolgens met Pc-overslag berekend. De uitkomsten zijn in tabel 3.1 gegeven
Tabel 3.1. Resultaten voor de Rotterdamse Hoek Hydra Windrichting [° N] Windsnelheid [m/s] Peil NAP m Wst NAP m Hs [m] q [l/s.m] Freq. 1/… per jaar M 270 37,0 -0,38 1,31 2,43 2,2 4.000 Cress F = 36 km 40,5 -0,38 1,64 2,56 11,3 40.000 Cress F = 36 km 43 -0,38 1,96 2,67 47 400.000 Q 300 33,8 (-0,21) (1,37) 2,41 4.000 Q 300 35,2 (-0,21) (1,51) 2,50 10.000 Cress F = 36 km 38 (-0,21) (1,80) 2,60 40.000 Cress F = 36 km 41 (-0,21) (2,13) 2,72 400.000
Om de betreffende NOP dijk bestand te doen zijn voor een situatie die een kans van voorkomen heeft die een factor 100 kleiner is dan de huidige veiligheid moet:
- een 13 % dikkere basaltbekleding worden aangebracht (of een andere bekle-ding). De golfhoogte bij 1/400.000 van 2,72 m is namelijk 13% hoger dan de golfhoogte bij 1/4000 van 2,41 m;
- deze bekleding moet 0,76 m hoger doorlopen (NAP 2,13 – NAP 1,37 m); - het binnentalud moet minimaal een taludhelling 1:3 krijgen;
- De bekleding moet bestand zijn tegen een overslagdebiet van 47 l/s per m. Een overslagdebiet van 47 l/s per m is hoger dan het voor deze berekeningen gestel-de van 30 l/s per m. De dijk zou ongeveer 0,3 m hoger gemaakt moeten worgestel-den om op 30 l/s per m uit te komen. Dit kan tegelijk met het verflauwen van het binnentalud.
1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Wate rstand [m NAP]
O ver schr ijd ing skans [ -]
1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 Golfhoogte [m] Over sc h ri jd in g skan s [-]
Figuur 3.10. Golfhoogtestatistiek Rotterdamse Hoek, vanuit pc-ring
Pas na bovenstaande berekeningen zijn is de statistiek van waterstanden en golfhoog-tes vanuit pc-ring beschikbaar gekomen. Figuren 3.9 en 3.10 geven de resultaten. Pc-ring geeft de volgende waterstanden en golfhoogtes:
kans waterstand (m +NAP) golfhoogte (m)
1/4000 1,25 2,40
1/40.000 1,55 2.60
1/400.000 1,90 2.80
De waterstand van 1,25 m NAP bij 1/4000 is 6 cm te laag ten opzichte van Hydra-M, welke als toetswaterstand moet worden gebruikt. Tellen we bij de andere twee water-standen uit pc-ring 6 cm op, dan komen ze goed overeen met de schatting in tabel 3.1. De golfhoogte van 2,40 m uit pc-ring komt goed overeen met die uit Hydra-M (2,43 m). De golfhoogtes uit pc-ring voor kleinere overschrijdingskansen zijn echter groter. Deze geven een betere schatting dan de methode die bovenstaand is gevolgd.
Pc-ring geeft als golfperiodes Tp = 7,4; 7,7; en 8,0 s voor de drie overschrijdingskan-sen. Dit lijkt beduidend hoger dan welke Hydra-M aangeeft. Als we voor omrekening naar de spectrale periode een factor 1,25 aanhouden, dan worden de overslagdebie-ten met pc-overslag achtereenvolgens 2,2; 8,3; en 33 l/s per m. De lagere overslagde-bieten van 8,3 en 33 l/s per m wordt voornamelijk veroorzaakt door (kleine) verschillen in de golfperiode. Bij deze berekening komt de overslag van 33 l/s per m dicht in de buurt van het maximum van 30 l/s per m, wat zou betekenen dat de kruin niet omhoog hoeft om de dijk doorbraakvrij te maken. De hogere golfhoogte geeft wel aan dat een 17% dikkere bekleding rondom de berm moet worden gemaakt, in plaats van een 13% dikkere bekleding.
De decimeringshoogte van de waterstand is maar 0,3-0,4 m en die voor de golfhoogte maar 0,2 m. Dit is relatief klein ten opzichte van de condities bij een overschrijdings-kans van 1/4000. Globaal kan worden geconcludeerd dat voor deze NOP-dijk de be-kleding rondom de berm ongeveer 17% dikker moet en dat het binnentalud flauwer moet worden gemaakt (minstens 1:3). Daarbij zou ook de kruinhoogte 0,3 m omhoog kunnen.
In een toegeleverd conceptrapport van de Waterdienst (Decimeringshoogten Meren, Bovenrivieren, Benedenrivieren, Vecht en IJsseldelta, door HKV, van 6 juni 2006) wor-den zowel decimeringshoogten van de waterstand als de golfhoogte gegeven. Tabel
3.2 geeft voor verschillende watersystemen in Nederland de decimeringshoogte van de waterstand. De gevonden decimeringshoogte van 0,3-0,4 m bij de Rotterdamse Hoek past binnen het bereik van 0,3-0,5 m, wat voor de Noordoostpolder is gegeven. Tabel 3.2 Decimeringshoogten van de waterstand voor de zoete wateren. Bron:
Wa-terdienst.
In hetzelfde rapport wordt geconcludeerd dat de decimeringshoogte van de golfhoogte vaak een factor 2 of meer hoger is dan die voor de waterstand. En dit is tegengesteld aan de in pc-ring gevonden waarden. Het rapport van de Waterdienst geeft een deci-meringshoogte van de golfhoogte bij de Rotterdamse Hoek van 1,0 m. Dat is 5 maal zoveel als met pc-ring. De definitie van de decimeringshoogte blijkt echter niet gelijk te zijn. In het rapport van de Waterdienst is dit in feite de decimeringshoogte van het hy-draulisch belastingniveau bij een golfoverslagdebiet van 0,1 l/s per m (of eventueel 1 l/s per m). Het hydraulisch belastingniveau is helemaal geen golfhoogte, maar geeft in feite aan hoeveel de dijk omhoog zou moeten. Bij een 0,4 m hogere waterstand en bijbehorende hogere golven (waarschijnlijk 0,2 m hoger, zoals pc-ring berekent) is een 1,0 m hogere dijk nodig voor eenzelfde overslagdebiet van 0,1 l/s per m.
Geconcludeerd kan worden dat de decimeringshoogte van de golfhoogte waarschijnlijk goed met pc-ring wordt berekend en dat in het rapport van de Waterdienst de beno-digde kruinhoogteverhoging wordt bedoeld. Ten overvloede: in tabel 3.2 gaat het om waterstanden, niet om golfhoogtes of kruinhoogteverhoging.
3.6 Estuariumdijk (Westerschelde - Ellewoutsdijk)
Een estuariumdijk kenmerkt zich vaak door hoge waterstanden en relatief kleine gol-ven, omdat deze locaal worden opgewekt en niet vanuit de Noordzee binnendringen. Gekozen is voor een dijklocatie net ten westen van Ellewoutsdijk, locatie 31 in HR2006, dp481, zie figuur 3.11 Overigens komen hier wel relatief hoge golven voor.
Figuur 3.11 Dijk ten westen van Ellewoutsdijk (het profiel zonder de brede berm op de voorgrond)
Voor berekeningen zijn de volgende (x,y)-coördinaten aangehouden: x (m) y (m)
-44.27 -1.5 -18.15 5.85 -13.89 6.25
0.32 10.41
HR2006 geeft als toetswaterstand 5,7 m NAP, als significante golfhoogte 2,50 m, met een spectrale periode Tm-1,0 = 5,3 s en de golven vallen scheef aan onder een hoek van 40°. Pc-overslag geeft voor de kruinhoogte van 10.41 m NAP een golfoverslagde-biet van 0,3 l/s per m, dus lager dan 1 l/s per m.
De statistieken van waterstand en golfhoogte, zoals deze uit pc-ring komen, zijn gege-ven in figuren 3.12 en 3.13.
Pc-ring geeft de volgende waterstanden en golfhoogtes: kans waterstand (m +NAP) golfhoogte (m)
1/4000 5,60 2,80
1/40.000 6,20 3,15
1/400.000 6,80 3,45
De 1/4000 waterstand komt vrijwel overeen met HR2006, maar de golfhoogte in pc-ring is 0,3 m te hoog. Voor de berekening bij kleinere overschrijdingskansen wordt daarom 0,3 m van de golfhoogte uit pc-ring afgetrokken. Voor de golfperiodes van de twee kleinste overschrijdingskansen wordt Tm-1,0 = 5,5 s en 5,7 s aangehouden.
1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 Waterstand [m NAP] Over schri jdi ng ska ns [ -]
Figuur 3.12. Waterstandsstatistiek Ellewoutsdijk, vanuit pc-ring
1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Golfhoogte [m] Oversc h ri jdi ng ska n s [-]
Figuur 3.13. Golfhoogtestatistiek Ellewoutsdijk, vanuit pc-ring
Pc-overslag geeft voor 1/40.000 een debiet van 1,8 l/s per m en voor 1/400.000 een debiet van 9.7 l/s per m. Dit blijft duidelijk beneden 30 l/s per m. De dijk is hoog ge-noeg om voor overslag als doorbraakvrij te gelden.
Het verschil in golfhoogte bij 1/4000 en 1/400.000 is 26%. Dit betekent dat de bekle-ding rondom toetspeil en hoger 26% dikker moet zijn dan bij toetsomstandigheden. Ook moet de bekleding verder naar boven worden opgetrokken.
De werkelijk aanwezige bekleding is niet bekend. Als de bekleding op dit dijkvak al is verbeterd, dan is rekening gehouden met zeespiegelstijging en is er ook reserve ge-stopt in het vaststellen van de hydraulische randvoorwaarden aan het eind van de pe-riode van 50 jaar. Wat dat betreft is het best mogelijk dat de 26% extra dikte, ten op-zichte van de huidige toetsomstandigheden, al is aangebracht.
3.7 Discussie en conclusies
Definitie
"Doorbraakvrij" wordt voorlopig gedefinieerd als "een overstromingskans of doorbraak-kans die praktisch nul is, wat minimaal 2 ordes kleiner is dan nu volgens normen wordt aangegeven". En "nu" betekent 2015 wanneer alle dijken op orde (dienen te) zijn. De berekeningen hebben plaatsgevonden voor het jaar 2015, als alle dijken op orde zijn, maar er is niet gekeken of de dijken 50 jaar later nog doorbraakvrij zijn. Focuspunt is het moment dat alle dijken “op orde” zijn. Er is uitsluitend naar zee- en meerdijken gekeken.
Uitgangspunten
Infiltratie van water door overslag en het daarna afschuiven van het binnentalud kan niet plaatsvinden als het binnentalud 1:3 of flauwer is. Steilere taluds moeten minimaal een talud 1:3 krijgen. Als alternatief om de kosten te bepalen zou ook naar een verbetering van alle dijken gekeken kunnen worden door deze een talud 1:5 te geven.
Op basis van de uitgevoerde proeven met golfoverslag, is als standpunt aangeno-men dat zee- en meerdijken niet bezwijken als het gemiddeld overslagdebiet klei-ner is dan 30 l/s per m. Dit uitgangspunt geldt binnen het kader van het uitgevoer-de onuitgevoer-derzoek.
Dijkverhoging is geen vies woord. Met name bij de meeste zee- en meerdijken is het geen probleem de dijk te verhogen. In het rivierengebied ligt dit anders.
Als eerste kan worden geconcludeerd dat onze dijken, die op orde 1 l/s per m overslag zijn ontworpen, onder toetsomstandigheden beslist doorbraakvrij zijn tegen golfover-slag. Er gaat dan zo weinig water overheen dat het binnentalud door erosie niet zal bezwijken. Daarmee is het echter nog geen doorbraakvrije dijk volgens bovenstaande definitie.
Bij het vaststellen van hoe doorbraakvrij een dijk is, of wat er gedaan moet worden om een dijk doorbraakvrij te maken, kunnen twee uiterste situaties worden onderscheiden, namelijk een dijk die net aan de toetsing voldoet en een dijk die onlangs is verbeterd of tot 2015 zal worden verbeterd.
Dijk die net aan de toetsing voldoet
Als de golfoverslag onder toetscondities gelijk of kleiner is dan 1 l/s per m, dan zal bij een belasting met een 100 maal kleinere kans de overslag in de orde van 30 l/s per m liggen. In veel gevallen zal er niets aan de kruinhoogte hoeven te worden gedaan, mogelijk zal in sommige gevallen de dijk iets omhoog moeten. Dit laatste zou gemak-kelijk meegenomen kunnen worden als het binnentalud flauwer gemaakt moet worden. Bekledingen zullen 15%-25% zwaarder ontworpen moeten worden en ook tot hoger boven op het talud. Het gaat vooral om de bekledingen rondom toetspeil en hoger, niet om de lage bekledingen.
Dijken die net zijn versterkt, of versterkt zullen worden
Bij het versterken van dijken wordt 50 jaar vooruit gekeken en wordt extra veiligheid in het ontwerp gestopt. Vooruitkijken betekent 50 (mogelijk 100) jaar zeespiegelstijging (orde 0,3 m - 0,5 m) meenemen. Als we de dijk dan in het jaar 2015 beoordelen, dan heeft deze dijk extra hoogte en/of sterkte. De berekeningen laten zien dat de golfover-slag beneden de 30 l/s per m blijft en dat hoogstwaarschijnlijk de bekledingen zodanig zijn ontworpen dat ze een belasting met een 100 maal kleinere kans ook aan kunnen.
Een versterkte dijk is daarmee volgens bovenstaande definitie al doorbraakvrij. Dat geldt niet voor 50 jaar later als inderdaad de geschatte zeespiegelstijging is opgetre-den.
Algemene conclusies
De decimeringshoogten van waterstanden en golven zijn voor de gekozen voorbeel-den aan de zeekust en de estuaria respectievelijk ongeveer 0,6 m en 0,3 m. Voor de Waddenzee en meren is dit ongeveer 0,4 m en 0,2 m. De verdeling van decimerings-hoogten van de waterstand langs de kust is meer in detail gegeven in figuur 3.4. Ten opzichte van de toetscondities, waar onze dijken al aan moeten voldoen, zijn dit geen grote waarden.
Als meer golfoverslag wordt toegestaan in zeer extreme omstandigheden (tot ver bo-ven de huidige maatgebo-vende omstandigheden), en wanneer een dijk moet worden verbeterd, dan is het niet een grote stap om deze dijk, ook voor de komende 50 jaar, doorbraakvrij te maken. Bekledingen moeten dan iets dikker worden dan wat nu volgt uit het huidige ontwerpproces en de dijk moet mogelijk iets hoger.
Als we er vanuit gaan dat de komende 50 jaar de meeste zee- en meerdijken weer op de schop moeten, dan is een voorlopige conclusie dat het aanbeveling verdient om deze dijk doorbraakvrij te maken, zonder dat de kosten hierdoor significant toenemen. Aanbeveling is zelfs om na te gaan wat het zou betekenen als de dijken, die nu nog in het Hoogwaterbeschermingsprogramma zitten, voor de komende 50 jaar doorbraakvrij zouden worden ontworpen.
3.8 Relatie naar rivierdijken
Bij rivierdijken, zeker in het bovenrivierengebied, komen vaak kleinere golven voor dan aan de kust en wordt de maatgevende waterstand bepaald door hoge rivierafvoer. Het is zelfs maar de vraag of er tijdens hoog water golven aanwezig zijn. Bij het ontwerpen van rivierdijken wordt hier wel rekening mee gehouden, maar de feitelijke situatie tij-dens hoog water is bepalend.
Bij doorbraakvrije dijken wordt in rivierengebied vooral gekeken naar een hogere wa-terstand dan maatgevend, zelfs mogelijk tot de kruin of daarboven. In het laatste geval betekent het dat water over de kruin van de dijk stroomt. Zeker ook hier geldt dat bin-nentaluds dan 1:3 moeten zijn, omdat anders mogelijk infiltratie en afschuiven van het binnentalud kan optreden. Overigens kan het best zijn dat een steiler binnentalud met halverwege een berm ook niet afschuift. Maar het grote verschil is dat er continu water over de kruin en binnentalud stroomt en niet onregelmatig, zoals bij golfoverslag. Bij de zeedijken is in dit hoofdstuk aangehouden dat elke dijk 30 l/s per m golfoverslag kan hebben. Uitgangspunt bij de proeven met de overslagsimulator was dat de over-slag hoorde bij een golfhoogte van 2 m. In het rivierengebied zal dit veelal een veel kleinere golfhoogte zijn. De golfoverslag bij een kleinere golfhoogte ziet er anders uit. Bij eenzelfde overslagdebiet, bijvoorbeeld de genoemde 30 l/s per m, zullen er veel meer en vooral kleinere golven zijn. Dat betekent dat de grote golven met veel en snel stromend water op het binnentalud, die bij een grote golfhoogte wel voorkomen, bij ri-vierdijken eigenlijk niet voorkomen. De belasting op het binnentalud van een rivierdijk is dus kleiner qua grootte, maar frequenter, bij eenzelfde overslagdebiet. Deze belas-ting is niet in het proevenprogramma onderzocht en valt dus niet in het kader van de voorlopige conclusies in hoofdstuk 2.
Wat betreft golfoverslag kan worden geconcludeerd, dat als zee- en meerdijken een overslagdebiet van 30 l/s per m kunnen hebben, dit waarschijnlijk het geval zal zijn bij
rivierdijken (met een voldoende flauw binnentalud), maar dat deze situatie niet is on-derzocht. Evenmin zijn steilere binnentaluds (1:2 tot 1:2,5) met een berm, niet onder-zocht. Vaak komen bomen en struiken voor op de binnenberm van een rivierdijk. Ook deze niet waterkerende objecten zijn niet onderzocht. Het is daarom aan te bevelen voor golfoverslag bij rivierdijken een overslagdebiet te nemen, waarbij zeker geen fa-len optreedt, dat lager ligt dan 30 l/s per m. Voorgesteld wordt om vooralsnog 10 l/s per m aan te houden. Alleen verder onderzoek kan deze grens scherper stellen.
Wat betreft overstromen, dus de waterstand boven de kruin van de dijk, kan voor een deel worden gebouwd op eerdere proeven, maar ook op leidraden of richtlijnen die gemaakt zijn voor overstroombare dammen. In het verleden zijn er overstroomproeven op diverse dijken uitgevoerd. Een overzicht van uitgevoerde proeven is eerder in de RBSO-studie gegeven, maar wordt hier herhaald.
Begin citaat RBSO-studie
n het WL-verslag R603, 1970, wordt de stroombestendigheid van een grasmat op de dijk van oostelijk Flevoland onderzocht. Het binnentalud van de dijk (Oostvaardersdijk) was 1:3. Er was een goot op het binnentalud gemaakt van eerst 0,75 m breed en later van 0,48 m breed. Er werd water met een constant debiet over het binnentalud ge-pompt. Door de kleine breedte van de goot kon het mechanisme afschuiving niet op-treden. Het erosiegedrag van de grasmat werd dus alleen bekeken. Bij de eerste proef werd gestroomd met 100 l/s per m oplopend tot later 300 l/s per m. Er gebeurde niets met de grasmat. Ook een aangebracht gat van 20x20x3 cm (graslaag verwijderd) breidde zich nauwelijks uit. Bij een tweede proef werd gestroomd met debieten van 450 l/s per m oplopend tot 770 l/s per m. Waterlaagdikten varieerden van 10-20 cm en de snelheid werd geschat op ongeveer 6 m/s. Na 4 uur werd een stuk grasmat losge-rukt en opgerold. De conclusie van het onderzoek was dat de grasmat door zijn goede wortelstructuur, die goed verankerd ligt in een waarschijnlijk niet te schrale klei, een stroomsnelheid van 6 m/s geruime tijd kan doorstaan.
In het CIRIA rapport 116 worden met name versterkte grastaluds onderzocht. Ter ver-gelijking zijn stroomproeven op een niet-versterkte grasmat uitgevoerd. Het talud had een helling van 1:2,5 en was 10 m hoog. De goot waarbinnen werd gestroomd was 1 m breed, dus ook hier werd niet naar mogelijke afschuiving gekeken. De gezaaide grasmat was anderhalf jaar oud (oktober 1984 tot juni 1985). De conclusies van de “plain grass channel” werden als volgt omschreven:
“Damage to this channel occurred at a steady rate throughout the first test run of 2.8 m/s. After 51/4 hours of testing, individual grass plants had begun to be stripped out, surface roots were exposed and a number of scour holes had been formed. Failure occurred during the second test after the cannel had been subjected to a velocity of 3.7 m/s for 25 minutes. In one location the soil/root mat was lifted from the underlying subsoil and in another one of the scour holes developed into a gulley 150 mm deep by 150 mm wide. When tested subsequently at 4.0 m/s this gulley continued to cut down-wards at a rate of 100 mm over a 15 minut period. Inspection showed that after the tests relatively few grass roots had penetrated the subsoil.”
Op basis dit onderzoek met een jonge grasmat, die nog geen goede wortelstructuur had ontwikkeld, zijn grafieken gemaakt voor de erosiebestendigheid van gras en deze worden in Nederland gebruikt om erosiebestendigheid van gras bij golfoverslag te be-schrijven. Het mag duidelijk zijn dat deze basis voor golfoverslag aan de magere kant is, maar bedoeld is voor overstromen.
Door GeoDelft is in 1994 een uitgebreide proef gedaan naar overlopen bij een oude dijk bij Wissenkerke. Het betrof hier een dijk met een steil binnentalud van 1:1.5. Al-hoewel consequent van een overslagproef wordt gesproken, is het natuurlijk een
over-loopproef (het debiet was constant). Uitgangspunt was vooral het bekijken van af-schuiving door infiltratie van water. De breedte waarover gestroomd werd, was 15 m. Binnen twee uur ontstaan bij de eerste proef wellen onderaan het talud, bij een debiet van 1 l/s per m. Na 3 uur wordt gestopt zonder noemenswaardige schade. Het talud was droog voordat men met de proef begon.
Bij proef 2 heeft men van tevoren beregend en is het talud verzadigd. Na 2,5 uur stro-men met een debiet van 1,5 l/s per m ontstaat een ondiepe afschuiving (1 m diep) van de toplaag over een gedeelte van de breedte. Het andere deel, wat niet is afgescho-ven, schuift ook niet af na nog 5,5 uur stromen.
Proef 3 werd uitgebreid geïnstrumenteerd. De resultaten met debieten van 2,2 tot 2,5 l/s per m zijn vergelijkbaar met de eerste proef. Er treden geen afschuivingen op en in het midden van het proefvak ontstaat een geul. Bij latere analyse van de metingen blij-ken wel (kleine) verzakkingen te zijn opgetreden.
De meest recente overloopproef is uitgevoerd op de IJsselmeerdijk net ten noorden van Lelystad (GeoDelft, 2002). Het betreft een binnentalud 1:3, een brede berm en een 1:3 benedentalud. Er is over een breedte van 30 gedurende 14 uur met 1 l/s per m gestroomd. Na twee uur bereikt het water de kwelsloot; na 6,5 uur ontstaan er een zestal wellen in de kwelberm. Er ontstaat verder geen schade. Als het debiet terug wordt gebracht tot 0,2 l/s per m dan verdwijnt al het water in het talud en is er geen stroming meer waarneembaar.
Bovenbeschreven proeven geven een divers beeld omdat ze verschillende aspecten hebben onderzocht (erosie of afschuiving) en met verschillende debieten zijn uitge-voerd. Alleen bij het steile 1:1,5 talud is een (ondiepe) afschuiving van de bovenlaag opgetreden. Wel is duidelijk dat er vaak een wel optreedt en dat water vrij snel infil-treert, mogelijk door de gestructureerdheid van de klei of door aanwezige scheuren. In Schotmeyer en Calle (1999) worden de uitgangspunten voor een rekenmodel/recept gegeven voor stabiliteitscontrole bij overlopen. Een van de uitgangspunten is:
“Afschuiving van bekleding is het initiërende mechanisme. Het gevolg hiervan is dat een verticale scheur in de bekleding van het binnentalud ontstaat, nabij de binnen-kruinlijn. Door zo’n scheur zal versnelde infiltratie in de kern van de dijk plaatsvinden, althans wanneer de dijkkern doorlatender is dan de bekleding. Uiteindelijk kan verza-diging van de dijkskern leiden tot een diepe afschuiving. Zonder afschuiven van de be-kleding, dus bij het intact blijven ervan, zal het infiltratiedebiet naar de dijkskern te klein zijn om een diepe afschuiving te initiëren.”
Einde citaat RBSO-studie
Al met al zijn er verschillende soorten proeven uitgevoerd, met een verschillend doel. De proef op de IJsselmeerdijk was bedoeld om te kijken naar infiltratie en afschuiven, niet naar erosie door overstromend water. Daarvoor was het overstromend debiet ook te klein. De proef bij Wissenkerken vond plaats op een heel steil binnentalud en hier trad inderdaad infiltratie en afschuiven op. Deze proef is ook niet geschikt om naar erosie door overstromend water te kijken. Maar de proef in 1970 en de proeven in CI-RIA 116 zijn wel geschikt. Het nadeel van de proef in 1970 was dat de taludbreedte erg klein was. Maar de overstroomdebieten waren erg groot, tot meer dan 500 l/s per m. En er ontstond geen schade. CIRIA 116 geeft grafieken voor overstromend water en deze zijn ook in de VTV opgenomen. Figuur 3.14 is uit de VTV overgenomen. De figuur wordt gebruikt voor golfoverslag, maar feitelijk is deze bedoeld voor overstro-men. En daarmee zijn ze ook geschikt voor rivierdijken! Het enige dat moet worden gedaan is de snelheid van het overstromend water afschatten of berekenen en een duur afschatten voor het gebeuren. De formules voor een overlaat geven een goede inschatting van de snelheden van overstromend water.
Figuur 3.14. Figuur 8-4.8 uit de VTV voor het gedetailleerd toetsen van graserosie door golfoploop en golfoverslag, maar afgeleid voor overstromen van dijken.
Voor rivierdijken kan worden geconcludeerd dat als zee- en meerdijken een overslag-debiet aankunnen van 30 l/s per m, dit waarschijnlijk ook het geval zal zijn bij rivierdij-ken. Onder de voorwaarde dat het binnentalud minimaal 1:3 is. Vaak zijn rivierdijken iets steiler met ook een berm, die mogelijk begroeid is met struiken en bomen. Boven-rivierdijken, met lage golven, vallen daarmee buiten het kader van de voorlopige con-clusies ten aanzien van de uitgevoerde proeven met golfoverslag. Voorlopig wordt daarom voorgesteld voor deze rivierdijken een maximum van 10 l/s per m aan te hou-den, totdat verder onderzoek mogelijk deze grens kan oprekken.
Mocht overigens de eis van maximaal 10 l/s per m overslag een beperkende factor zijn bij het beschouwen van doorbraakvrije rivierdijken (uitgangspunt daar is dat het liefst de dijken niet worden verhoogd), dan kan mogelijk de overslag worden beperkt door noodmaatregelen en wel het plaatsen van zandzakken. Dit is effectief om kleine golf-aanval te keren, zodat mogelijk toch van een dijk kan worden uitgegaan die tot de kruin moet kunnen keren.
Voor hoogwaters die boven de kruin van de dijk uitkomen, kan de CIRIA-grafiek, of de VTV-grafiek worden gebruikt, want die is afgeleid voor overstromend water. De grafiek geeft wel aan dat de snelheden van het overstromend water redelijk beperkt moeten blijven, zeker bij een wat langere duur van overstromen. Als overstromen gedurende een of twee dagen kan voorkomen, dan is de overstroomsnelheid beperkt tot orde 2 m/s voor een goede grasmat. Dit houdt in dat de waterstand niet al te ver boven de kruin mag staan. De vraag of het wel gewenst is dat de waterstand hoger dan de kruin komt, wordt hier niet beschouwd.
4
Conclusies en aanbevelingen
4.1 Conclusies
1. In deze studie is de “200 m brede doorbraakvrije dijk” geen optie, een dijk kan veel eenvoudigere en op goedkopere manieren doorbraakvrij worden gemaakt. Een 200 m brede dijk kan vanuit het oogpunt van ruimtelijke ordening aantrekkelijk, met het oog op functiecombinaties, maar niet vanuit technisch oogpunt.
2. "Doorbraakvrij" wordt voorlopig gedefinieerd als "een overstromingskans of door-braakkans die praktisch nul is, wat minimaal 2 ordes kleiner is dan nu volgens nor-men wordt aangegeven". En "nu" betekent 2015 wanneer alle dijken op orde (die-nen te) zijn. Voor zee- en meerdijken is gekeken naar belastingen met een kans van voorkomen die 100 maal zo klein is dan de huidige normen.
3. In dit rapport wordt naar zee- en meerdijken gekeken, niet of nauwelijks naar ri-vierdijken. De situatie van beide typen dijken is totaal verschillend, in zowel de be-lasting (stormvloed met hoge golven of langdurige hoge waterstand door hoge ri-vierafvoer) als de mogelijkheid tot verbeteren/versterken (vaak veel meer ruimte bij zee- en meerdijken).
4. Met de ontwikkeling en bouw van de golfoverslagsimulator is het mogelijk gewor-den binnentaluds van dijken te testen op erosiesterkte bij golfoverslag. In 2007 en 2008 zijn op vier locaties in Nederland diverse proefvakken getest, waardoor nu een redelijke indruk is ontstaan omtrent mogelijk gedrag bij schade door golfover-slag. Om de resultaten voor deze studie te kunnen gebruiken, zijn voorlopige con-clusies opgesteld op basis van observaties van de proeven. Hoofdstuk 2 geeft de-ze observaties en voorlopige conclusies en appendix 1 geeft een overzicht in foto’s met alle schadebeelden.
5. Met betrekking tot de onderhavige studie naar doorbraakvrije zee- en meerdijken is één hoofdconclusie vanuit de golfoverslagproeven relevant. De conclusie geldt binnen het onderzochte kader:
alleen erosie door golfoverslag wordt beschouwd; binnentaluds zijn ongeveer 1:3 of iets steiler;
aan de buitenzijde van de dijk staat gedurende maximaal 6 uur een signifi-cante golfhoogte van orde 2 m;
het mechanisme infiltratie door overslag en daarna afschuiven van het bin-nentalud, vooral mogelijk bij steile binnentaluds, wordt uitdrukkelijk niet be-schouwd.
De conclusie luidt: het lijkt aannemelijk dat een binnentalud van klei met gras bij een overslag van 30 l/s per m of minder nooit door erosie zal bezwijken. Alleen verder onderzoek kan deze conclusie meer definitief maken.
6. In deze studie wordt ervan uit gegaan dat infiltratie van water door overslag en het daarna afschuiven van het binnentalud niet kan plaatsvinden als het binnentalud 1:3 of flauwer is. Steilere taluds moeten minimaal een talud 1:3 krijgen. Als alterna-tief om de kosten te bepalen zou ook naar een verbetering van alle zee- en meer-dijken gekeken kunnen worden door deze een talud 1:5 te geven.
7. Dijkverhoging is geen vies woord. Met name bij de meeste zee- en meerdijken is het geen probleem de dijk te verhogen. In het rivierengebied ligt dit anders.
