Hydraulische Randvoorwaarden Praktische rekenwaarden voor de toetsing van de veiligheid van primaire waterkeringen Mn,ster,e van Verkeer en waterntaat Rijksvvaterstaat 333 Ritkswat- aU .\ Rijksinstituut voor Integrasi Zoetwaterbefleer en Afvalwaterbehand e ; ing Docurnentje Postbus 17 8200 AA Le'ystad Hydraulische Randvoorwaarden Praktische rekenwaarden voor de toetsing van de veiligheid van primaire waterkeringen Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterhouwkunde Rijksinstftuut voor Integraa' Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling / RIZA Riiksiristituut voor Kust en Zee / RIKZ Colofon Deze brochure is verschenen naar aanleiding van de publicatie van de 1 Iydraulische Randvoorwaarden 2001. 1-let is een gezamenlijke uitgave van drie specialistische diensten van Rijkswaterstaat: de Dienst Weg- en Waterbouwkunde (DW\V), het Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbehcer en Afvalwaterbehandeling (RIZA) en het Rijksinstituut voor Kust en Zee (RIKZ). Auteurs: Maaike Ritzen en Ard Wolters (heiden DWW), Herhert Berger (RIZA), jan-Willem Seijifert (RIKZ) en Daau Rijks (DHV) Redactie: Daan Rijks (DHV) Foto's: AGT afd. Multimedia en DWW AK Opmaak en druk: Nivo, Delft Informatie en bestellingen: Helpdesk Waterkeren Postbus 5044 2600 GA Delft Tel.: 015-251 8450 E-mail: [email protected] Internet: www.waterkeren.nl Inleiding Nederland woont en werkt achter een uitgebreid stelsel van waterkeringen die het land bij hoogwater tegen overstroming beschermen. De veiligheid van miljoenen Nederlanders en het behoud van miljarden euro's aan investeringen hangt af van de mate waarin de dijken, duinen, dammen, sluizen en kades binnen dit stelsel aan de gestelde normen voldoen. Het ligt voor de hand dat dit regelmatig wordt gecontroleerd. Toch vonden controles tot voor kort op een nogal onregelmatige basis plaats. Doordat hij controles vaak verschillende rekenmethodes en uitgangspunten werden gehanteerd, waren ze bovendien soms nau welijks onderling te vergelijken. Dc Wet op dc waterkering (1996) heeft hier verandering in gebracht. In de Wet zijn 57 dijkringgebieden aangewezen, die door een aaneengesloten reeks primaire waterkeringen worden omringd en beschermd. Voor elke dijkring is een norm bepaald, die het veiligheidsii iveau aangeeft waaraan de pri niaire waterkeringcn van de betreffende dijkring moeten voldoen. Iedere vijf jaar wordt sindsdien getoetst of de primaire waterkeringen nog aan de gestelde norm voldoen. Om te kunncii toetsen, wordt de norm vertaald naar hydraulische randvoorwaarden: dc waterstanden, golven en andere factoren die de primaire waterkeringen belasten. Deze hydraulische randvoorwaarden vormen de basis van de berekeningen waarmee wordt getoetst of een waterkering nog de vereiste sterkte en stabiliteit bezit of dat er maatregelen moeten worden genomen. De hydraulische randvoorwaarden spelen dus een doorslaggevende rol bij liet beoordelen van de veiligheid tegen overstromingen van ons land. Deze brochure beschrijft ze per watersvsteem en hebt toe hoe ze totstandkomen. 1. De achtergrond PrioiaireterkeriiigWaterkeringen zijn constructies of natuurlijke, hooggelegen gebie- den, zoals dijken, dammen, duinen en sluizen niet een waterkerende functie. Als een waterkering onderdeel is van een ononderbroken reeks rondom een dijkringgebied, of vöÖr een dijkringgebied ligt, spreekt men van een primaire waterkering. Er zijn ook primaire waterkeringen die dijkringen met elkaar verbinden. Een groot deel van Nederland ligt onder de zeespiegel. Primaire naterkeriiigeii beschermen het land tegen overstroming door de Noordzee, de grote rivieren, het Ijsselmeer en liet Markerineer. Maar hoe hoog en sterk moet een waterkering daarvoor zijn? En waarop is dit gebaseerd? Die vragen zijn niet te beantwoorden zonder een korte terugblik op de oorsprong van de huidige waterkeringsfilosofic: de watersnoodramp van februari 1953. De Deltacommissie De Deltacommissie, die kort na de ramp in 1953 werd opgericht, is vooral bekend van het Deltaplan, dat in 1960 werd gepiesenteerd. Maar de commissie (leed in datzelide jaar ook enkele andere aanbevelingen. Eén daarvan vormt ook nu nog de basis van de Nederlandse benadering van veiligheid tegen overstroming. De Deltacommissie concludeerde dat het onmogelijk is een dijk te bouwen die zÔ hoog is dat overstroming helemaal uitgesloten kan worden, en stelde voor om overstromingen niet een zeer kleine kans van voorkomen te accepteren. J,* •'L De vraag was vervolgens: welke kans willen we nog accepteren? Bij het beantwoorden van die vraag moesten allerlei lactoren worden meegewogen, zoals de kosten van aanleg en onderhoud van een waterkering en de economische schade als deze t6ch overstroomt. Zo werd als norm voor Centraal Holland gesteld dat een waterstand bij Hoek van Holland van vijf meter hoven NAP nog veilig gekeerd zou moeten worden. De overschrijdingsfrequentie van deze waterstand voor Centraal Holland is 1/10.000. Deze waterstand is 1,15 meter hoger dan de hoogst gemeten waterstand tijdens de watersnoodramp. Overschridi;igs- Jrcqiientic Een overschrijdingsfrequentie beschrijft liet gemiddeld aantal keren in een bepaalde tijd dat een verschijnsel een zekere waarde bereikt of overschrijdt. Een overschrijdingsfrequentie van 1/10.000 geeft dus aan dat een waterstand gemiddeld eens in de 10.000 jaar voorkomt, oftewel dat de kans erop 1 op 10.000 per jaar is. Overigens is deze kans elk jaar opnieuw even groot. De kans dat iemand tijdens zijn leven een waterstand van 1 / 10.000 per jaar meernaakt is ongeveer 1%. Voor andere normen bedraagt die kans ongeveer 2,5% (1/4.000 per jaar), 5 9/6 (1/2.000 per jaar) en 8% (1/1.250 per jaar). In andere provincies, waar de economische schade bij overstroming ldeiner zou zijn, moesten waterkeringen een waterstand van 20 of 40 centimeter lager nog veilig kunnen keren, resulterend in een norm van 1/2.000 of 1/4.000 per jaar. langs de bovenrivieren werd de norm na maatschappelijke protesten tegen de voorgenomen grootschalige dijkverbeteringen later vastgesteld op 1/1.250 per jaar. 1-let verrassingseffect van overstroming in deze gebieden is kleiner, en de schade van een 'zoete' overstroming is beperkter dan die van overstroming vanuit zee. I)ijkriiiggebu'd Een dijkringgebied wordt omsioten door een reeks watcrkeringen of hoge gronden, die liet gebied tegen overstroming beschermen. Wet op de waterkering In de Wet op de waterkering uit 1996 zijn alle overstroniingsgevoelige gebieden opgedeeld in dijkringgebieden. Voor elk dijkringgebied is een 110)?)) vastgelegd, variërend van 1/1.250 per taar langs de grote rivieren tot 1 / 10.000 per jaar voor dijkringgebied 14: Centraal Holland. De norm zegt echter iets over liet besehermingsniveau van liet achterland, maar niet direct over de vereiste hoogte of sterkte van de waterkering. Om het veiligheidsniveau van de waterkeringen te kunnen t ,rb,,uIe,idc l%'tilerkcringoi Voor primaire waterkeringen die dijkringgebieden met elkaar verzoals de Afsluitdijk, zijn geen aparte normen vastgelegd. Bij de toetsing van deze waterkering wordt gekeken naar de veiligheidsnorm van de achterliggende dijkringgebieden. toetsen, moeten de normen dus worden vertaald in waterstanden cci golfomstandigheden, die de waterkeringen nog moeten kunnen weerstaan: tic, lii'liinihsclic raudvoorwiiaide,i. Hylu'nnul-Hydraulische randvoorwaarden is de verzamelterm voor alle OOi raudc,i belastingsfactoren waarmee primaire waterkeringen op veiligheid worden getoetst. De belangrijkste daarvan is de waterstand. Andere factoren zijn bijvoorbeeld windgolven en waterstandsverlopcn. De hydraulische randvoorwaarden worden conform de Wet op de waterkering eens in de vijf jaar door de minister van Verkeer en Waterstaat gepubliceerd. In 1996 verscheen dc eerste editie. Op basis daarvan zijn tussen 1997 en 2001 alle primaire waterkeringen getoetst. Inmiddels zijn de l-lvdraulische Randvoorwaarden 2001 gepubliceerd, hetgeen de basis vormt voor de tweede toetsronde (2002-2006). De eerstvolgende editie zal in 2006 worden vastgesteld. De hydraulische randvoorwaarden zijn bedoeld voor een toetsing van waterkeringen aan de maatgevende omstandigheden in de actuele situatie. Ze houden dus géén rekening met toekomstige klimaatverandering. Bij dijkverbctering wordt daar natuurlijk wel rekening mee gehouden. l)e hydraulische randvoorwaarden worden elke vijf jaar opnieuw berekend. Dat gebeurt volgens methoden en technieken dic in het vakgebied breed zijn geaccepteerd. Ook wordt daarbij rekening gehouden met cle opgetreden zeespiegelstiiging, de nieuwste inzichtcn ten aanzien van extreme rivierafvoeren en de actuele bodemligging. De uitkomsten worden vervolgens door de minister van Verkeer en Waterstaat vastgelegd in de Hyilia 1 disc/te Rai uh 'oorivaa is/en voor li0 tOd'tSei i in ii Pri,, ui iie t Vn terkeri, igei i. Toetsen op veiligheid Elke vijf jaar toetsen de waterkeringbeheerders (meestal de waterschappen) of de kcringen cle hydraulische randvoorwaarden nog kunnen weerstaan. Alle toetsingen verlopen volgens hetzelfde proces, Nederland Veiligheidsnorm per Dijkringgebied -- - - namrkgebed 14 2. 22 Duitsland - - 32 België - dat is vastgelegd in het Voorschrift Toetsen op Veiligheid. De minister verzamelt de toetsingsresultaten en rapporteert ei -over aan de Eerste en Tweede Kamer. Als een waterkering niet aan de norm voldoet, moeten er maatregelen worden genomen. I)e traditionele aanpak is om de dijk te verhogen, maar tegenwoordig wordt ook nadrukkelijk naar andere alternatieven gekeken. De combinatie van steeds hogere dijken en een dalende bodem betekent immers dat hls er ondanks verhogIng een keer een overstroming plaatsvindt, de waterdiepte in dc polder toeneemt, met ineer schade en slachtoffers tot gevolg. En in plaats van de dijk aan een waterstand aan Ie passen, kan het ook andersom: in het project Ruimte voor de Rivier streeft men naar lagere hoogwaterstanden door de rivier te verbreden of uiterwaarden af te graven. Volstaan 8 zulke maatregelen niet, dan zal dc waterkeri ii g natuurlijk alsnog worden verhoogd. Watersystemen De manier waarop svaterkeriuen worden belast, verschilt per watersysteem: keringen langs de Noordzeekust worden vooral door golven geteisterd, terwijl keringen langs de rivieren niet name worden belast door hoge waterstanden. De golven op zee worden vooral veroorzaakt door de svind, terwijl de hoge waterstanden op de rivieren door een grote afvoer worden veroorzaakt. Waterkeringen langs meren hebben weer meer te duchten van een combinatie van door de wind veroorzaakte golven en het ineerpeil. Dc hydraulische randvoorwaarden maken onderscheid tussen drie hoofdwatersvstemen (rivieren, nieren en zee) en twee overgangsgebieden (de benedenrivieren en de delta's). De volgende hoofdstukken beschrijven per watersysteem wat de belangrijkste bron van gevaar is, hoe de waterkeringen worden belast en hoe de hydraulische randvoorwaarden voor dit systeem worden berekend. 2. Het bovenrivierengebied 1-let bovenrivierengebied omvat het (Nederlandse) deel van de Rijn en de Maas dat niet wordt beïnvloed vanuit de Noordzee of het Ijsselmeer. De belangrijkste bron van gevaar is een hoge rivierafvoer (kortweg afvoer): de hoeveelheid water die per seconde door de rivier stroomt. Als deze sterk aanzwelt, bijvoorbeeld hij zware re( ,enval en/of door veel smeltende sneeuw iii het hovenstrooms gebied, kunnen de waterstanden zo hoog worden dat de waterkeringen worden bedreigd. mnalgo'clide t1fi'ocr De maatgevende afvoer is de afvoer (in kubieke meters per seconde) die hoort hij de vastgestelde norm voor het bovenrivierengebied (1/1.250 per jaar). De berekening De norm voor het bovenrivierengebied is 1 / 1.251) per jaar, de waterkeringen moeten dus een waterstand met deze kans kunnen weerstaan (het toetspeil). De meest fundamentele hydraulische randvoorwaarde in het hovenrivierengebied is kortom de afvoer met deze overschrijdingskans van 1 / 1.250 per jaar: de uzaatgevende afvoer. Maatgevende afvoer Deze maatgevende afvoer wordt berekend aan de hand van rneetgege_ vens van afvoeren bij lobith (voor de Rijn) en Borgharen (voor de Maas). Bij het beoordelen van deze gegevens wordt rekening gehouden met grootscheepse rivierwerken die de afgelopen jaren /ijn uitgevoerd. Met behulp van statistische berekeningen wordt vervolgens de afvoer bepaald met een kans van voorkomen van 1/1 .250 per )aar. In de Hydraulische Randvoorwaarden 2001 zijn de maatgevende afvoeren vastgesteld op 16.000 m/seconde voor de Rijn bij Lobith en 3.800 ni 31seconde voor de Maas hij Borgharen. Dit is een forse toename ten opzichte van de vorige hydraulische randvoorwaarden (uit 1996), toen dc maatgevende afvoeren nog respectievelijk 15.000 m/seconde en 3.65t) ni /seconde bedroegen. In 2001 is echter gebruik gemaakt van een langere meetreeks, waarin ook de hoogwaters van 1993 en 1995 zijn opgenomen. Deze twee extreme hoogwaters werken sterk door in de uitkomsten van de statistische berekeningen. Toe tspe / Welke waterstand wordt bereikt hij dc maatgevende afvoer verschilt im per locatie en hangt af van de bodemligging, de breedte van liet zomerbed en de uiterwaarden, of er obstakels iii de rivier liggen en hoeveel weerstand het stromende water ondervindt van de bodem. -dL nt - - 1 i : * Om liet toetspeil te berekenen, is de hele rivier in een coniputermodcl nagebouwd. Dit hydraulische model wordt zonodig aangepast aan een veranderde hodemligging of een andere situatie in de uiter waarden. Nadat de maatgevende afvoer is ingevoerd, berekent liet model voor elke locatie liet bijbehorende verloop van de waterstand. De hoogste berekende waterstanden worden als toetspeil vastgesteld. 7oetspcil Het toetspeil is de waterstand die hoort bij de vastgestelde norm voor een bepaalde waterkering. Deze is sterk plaatsafliankelijk. 1-let toetspeil wordt meestal op enige afstand van de dijk berekend. 1-let is mogelijk dat dit in de toekomst aan de teen van dc dijk zal worden berekend. De beheerders kunnen hij toetsing, rekening houdend niet lokale omstandigheden, vervolgens de waterstand aan de teen van de dijk berekenen die met het toetspeil overeen komt. Op ééii punt wijken de Hydraulische Randvoorwaarden 2001 af van de werkelijkheid. De berekcniiigen zijn namelijk gebaseerd op de afvoerverdeling van Rijnwater over Waal, Nederrijn en Ijssel zoals deze in de l-lydraulisclie Randvoorwaarden 1996 was opgenomen. De verkelijke afvoerverdeling is momenteel echter anders. Willen dc hydraulische randvoorwaardcii de werkelijkheid weerspiegelen, dan niocten er hij de verschillende splitsingspunten dus werken worden ii uitgevoerd om het water alsnog volgens de afspraken te verdelen. Bij toekomstige edities van de randvoorwaarden wordt waarschijnlijk de werkelijk te verwachten afvoerverdeling gebruikt. BoIemriiwhe,d -r Van de factoren die de waterstand in een rivier beïnvloeden, is de ruwheid van de bodem het lastigst te bepalen. Om dit te kunnen doen, wordt meestal een historisch hoogwater in het computermodel gesimuleerd, zoals dat uit 1995. De uitkomsten hiervan worden dan vergeleken met de daadwerkelijk gemeten waterstanden. Aan de hand van de verschillen kan de werkelijke ruwheid van de bodem worden ingeschat. 1 J 12 3. Het benedenrivierengebied Het henedenrivierengebied is het deel van de Maas en Rijn dat door de zee wordt beïnvloed. Ook hier vormen hoge waterstanden de belangrijkste belasting op de waterkeringen. Deze waterstanden worden echter niet alleen bepaald door rivierafvoeren, maar ook door de waterstanden lanijs de kust. Bij storm op zee nemen de waterstanden ver landinwaarts toe, al wordt het grootste deel van het benedenrivierengebied tegenwoordig beschermd door de Haringvlietsluizen en de stormvloedkeringen in de Nieuwe Waterweg en het Hartelkanaal. Daar staat tegenover dat de stormen zelf vaak ook over het beneden risierengebied cl rijven, waardoor het water extra wordt opgestuwd en een forse golislag ontstaat. De waterstand in liet benedenrivierengehied wordt dus bepaald door allerlei factoren: de Rijnafvoer, de Maasafvoer, de waterstand op zee, de windsnelheid en -richting en het al dan niet geopend zijn van de stormvloedkeringen. Dat betekent dat een kritieke \vaterstandl op allerlei manieren kan worden bereikt. De combinatie van een harde storm met een grote afvoer kan dezelfde waterstand tot gevolg hebben als een extreme afvoer bi) windstilte. Naast de kans van voorkomen van bijvoorbeeld een extreme storm of afvoer, moet ook naar de samenhang tussen de verschillende factoren worden gekeken. Bij een hoge watei'stand op zee is de kans groot dat liet boven liet benedenrivierengebied hard waait. Is de Rijnafvoer extreem hoog, dan kan tevens een behoor! ijke Maasafvoer worden verwacht. -. , .-. 13 ---- De berekening Met behulp van een computermodel kan voor elke willekeurige combinatie van rivierafvoeren, waterstand op zee en wind voor elke gewenste locatie cle waterstand worden berekend. Aangezien er meerdere combinaties zijn waarbij dezelfde kritieke waterstand kan worden bereikt is dit niet voldoende. I)aarom wordt in een prohabilistiscli computerniodel (Hydra-B) nagegaan welke combinaties dezelfde waterstand opleveren. Vervolgens wordt, met gebruikmaking van veel statistiek, voor elke kritieke waterstand de bijbehorende overscbrijdingsfrequentie berekend. l)e waterstand clie hoort bij de norm wordt dan het toetspeil. Vooral op het Haringvliet en het Hollandsch Diep zijn svindgolven, die een zware belasting op de waterkeringen kunnen betekenen, van belang. Om de belasting door windgolven nice te kunnen nemen in de toetsing wordt een soortgelijke berekening als voor het toetspeil gemaakt, maar dan voor waterstanden en golven gezamenlijk. Het eindresultaat van de berekening is dan geen toetspeil, maar een benodigde dijkhoogte. In deze benodigde dijkhoogte is dus het gecombineerde effect van waterstanden en golven meegenomen. 1 p 41 14 4. De IJsseldelta I)e lJsseldelta is het meest benedenstroomse deel van de Ijssel, tussen 1-lattem en het Ijsselmeer. De belangrijkste belasting op de waterkering is hier de waterstand, en deïe wordt net als in het benedenri vierengebied door verschillende factoren bepaald. De meest voor de hand liggende /ijn de Rijnaf\ oer en liet peil in het 1 Isselmeer. Ook de wind speelt een belangrijke rol: opwaaiing van 1 Jsselmeerwater kan tot waterstandsverhogi ngen van enkele decimeters in de 1 Jsseldelta Leiden. De berekening Momenteel wordt voor de IJsseldelta eenzelfde soort coniputerniodel ontwikkeld als wor het benedenrivierengebied wordt gebruikt. In afwachting daarvan is voor de Hydraulische Randvoorwaarden 2001 de zogenaamde 'verhanglijnenmethode' gebruikt. Daarbij wordt eerst niet tssee aparte berekeningen de invloed bepaald die de Rijnafvoer en de combinatie IJsselmeerpeil/wind op de waterstanden in de Ijsseldelta heeft. Daarna wordt een inschatting gemaakt van het gecombineerde effect op de waterstand, waarna het toetspeil wordt bepaald. r 15 5. De Vechtdelta De Overijsselsc Vecht (voor zover zich daar primaire waterkeringen bevinden), het Zwarte Water en het Zwarte Meer vormen samen de Vechtdelta: een Soort miniatuurversie van de Rijn en het benedenrivierengebied. De waterstand wordt er bepaald door de rivieratvoer, het Ilsselmeerpeil en de wind. De keersluis bij Ramspol vervult in de Vechtdelta dezelfde functie die de stormvloedkeringen voor het benedenrivierengebied hebben. De berekening De berekeningen van de Hydraulische Randvoorwaarden 2001 zijn voornamelijk gemaakt lilet een hydraulisch en een probabilistisch model die in 1994 zijn ontwikkeld voor de bouw van de keersluis hij Ramspol. Deze modellen zijn inmiddels echter verouderd. Momenteel wordt gewerkt aan een nieuw model met dezelfde opzet als de modellen voor het benedenrivierengebied en de lJsseldelta. 1 -? -_- . II S .— . 1h iL 16 6. De meren In de voormalige Zuiderzee liggen twee grote waterbekkens waarlangs primaire waterkeringen lopen: het Ijsselmeer en het Markermeer. 1 )eze waterkeringen worden belast door een combinatie van hoge waterstanden en golven. Dc bepalende factoren hierbij zijn het meerpeil en de wind. Wind zorgt voor verhoogde waterstanden en veroorzaakt golven. Naarmate de wind harder en over grotere afstanden waait, nemen zowel waterstand als golfsiag toe. Het meerpeil wordt bepaald door de aan- en afvoer van water. Vanuit de Ijssel, het Zwarte Meer en verschillende poldergeinalen worden grote hoeveelheden water naar het Ijsselmeer gevoerd. Het meeste water wordt via de spuislnizen in de Afsluitdijk weer afgevoerd. Bij aanhoudende noordenwind zijn de waterstanden in de Waddenzee echter te hoog om te kunnen spuien en kan het Ilsselrneerpeil sterk oplopen. t)e toevoer naar het Markermeer is een stuk kleinei, en kan zonder veel problemen via met name het Noordzeekanaal worden afgevoerd. De berekening De situatie in de nieren is nagebootst in een h dranlisch computermodel, dat voor allerlei verschillende combinaties van meerpeil, windsnelheid en windrichting voor elke gewenste locatie de water- 17 stand én de golven berekent. Voor al deze combinaties wordt nagegaan welke dijkhoogte nodig is om de betrefhnde waterstand en golven veilig te kunnen keren. Aangezien er meerdere combinaties zijn waarbij dezelfde benodigde dijkhoogte wordt berekend, is er nog een vervolgstap nodig. In een prohabilistisch model ( l-Iydra-M ) wordt, met gebruikmaking van veel statistiek, voor elke dijkhoogte de bijbehorende overschrijdingsfrequentie berekend. De dijkhoogte die hoort bij de norm is dan de vereiste dijkhoogte voor de toetsing. De herekeningswijze komt in hoofdlijnen overeen met die voor de benedenrivieren. -----m _---: 18 7. Zee en estuaria Storoiv/ocd Een stormvloed is een combinatie van storm en de hoogwaterfase van het getij. Bij extreem hoge waterstanden is in de praktijk altijd sprake van deze combinatie. Dc belasting van primaire waterkeringen langs zee en estuaria komt geheel voor rekening van zware swroii'loedeii. Die zorgen tidens de eb- en vloedcyclus voor extreem hoge waterstanden én voor zware golven die op de waterkering beuken. De goifbelasting is het grootst langs de 'gesti-ekte kust: de westkust van de ZeeLisvSe eilanden, de Hollandse kust en de Noordzeezide van de Waddeneilanden. Hier worden de golven niet door ondiepe gedeelten gedempt of door eilanden gebroken. In de Waddenjee en Westerschelde zijn de golven over het algemeen minder boog. De belangrijkste oorzaak van een stormvloed is de wind. ioch produceert de zwaarste storm niet noodzakelijkerwijs de zwaarste stormvloed. Het type storm en de b -an die de depressie volgt, spelen ook een belangrijke rol. Pas--als er boven de hele Noordzee een langdurig, uitgestrekt windveld met noordwesterstorm ligt, leidt dit tot hoge wateistanden langs de Nederlandse kust. 19 Minder ZIVirC golivii De Oosterscheldekering zorgt voor lagere waterstanden en minder op de Oooeisclielde zware golven in het achterliggend gebied. Maar de stormvloed- kering sluit de zeearm niet helemMl af, en windgolven blijven de waterkeringen langs de Oosterschelde belasten. Daarom worden deze keringcn toch tot de primaire waterkeringen gerekend en worden er hydraulische randvoorwaarden voor opgesteld. De berekening Voor de primaire waterkeringen langs zee en estuaria gelden twee typen hydraulische randvoorwaarden: voor de waterstanden worden toets- en rekcnpeilen opgesteld; voor de goifbelasting worden de golf hoogte, -periode en -oploop berekend. WaLerstandeii:/oets- en tekenpe//en Doordat hoge waterstanden door zoveel verschillende factoren worden bepaald, is het niet eenvoudig om puur op basis van windgegevens de waterstanden te berekenen die bij dc norm horen. In de praktijk gebruikt men daarom meetreeksen van waterstanden. Uit die meetreeksen zijn waterstanden berekend die in 1985 een overschrijdmgskans van 1/10.000 per Jaar hadden. Na het toepassen van enkele correcties leverde dit een reeks toetspeilen op. 20 Co,u'ciu' tûeispc'ilcii Op de basispeilen met een ovcrschrijdingskans van 1/10.000 per jaar worden twee soorten correcties toegepast: voor economische reductie en getijhoogwaterstijging. Econoonsc/ie rr'dnciir' is het aanpassen van het basispeil aan het minder hoge veiligheidsniveau dat in minder dicht bevoikte en geïndustrialiseerde regio's is vereist. In deze gebieden, waar de potentiële schade minder groot is, volstaan normen van 1/4.000 of 1/2.000 per jaar. Getij/ioogwatersiijgoig is de systematische toename van de hoogwaterstandcn. Uit onderzoek is niet alleen gebleken dat over de afgelopen honderd jaar de gemiddelde zeespiegel is gestegen, maar dat de stijging van hoogwaterstanden nog groter is. Aangenomen wordt dat deze hoogwaterstijging ongeveer evenredig doorwerkt in de hydraulische randvoorwaarden. Voor duinen wijken de hydraulische randvoorwaarden iets af. Proefberekeningen met een rekenmodel voor duinafslag laten namelijk zien dat de toetspeilen voor duinen niet volstaan, en dat rekening moet worden gehouden met mogelijke combinaties van wmndsnelheid, waterstand en golfhoogte. 1)aarorn wordt bovenop dc toetspemlen een toeslag gelegd. Om verwarring te voorkomen worden de verhoogde toetspeilcn rekenpeilen genoemd. Dit rekenpeil wordt toegepast in combinatie met de golffioogte op relatief diep water (bij de NAP -20 m dieptelijn). Co/fbelastind. Iioodte, periode cii op/oop De golfbelasting op de waterkering wordt bepaald door de hoogte van de golven en de periode ervan. Voor de periode geldt bij een langere periode een langere tijd tussen de golven (en dus een grotere lengte van de golven ( en daarmee een hogere impuls. De combinatie met de golfhoogte bepaalt hoe hoog de waterdruk en daarmee de belasting is. Met golfgroeirnodellen en statistische berekeningen wordt bepaald welke golfhoogte en -periode bij de norm horen. De berekeningen worden uitgevoerd op basis van golfmetingen op vrij diep water (NAP -20 m). Uitgaande van extreme windsnelheden (van 30 3 35 meter per seconde) en van de waterdmepte tijdens een stormvloed, berekent het model hoe hoog de golven geiiiiddeld zijn op het moment dat ze de waterkering bereiken. In werkelijkheid varieert de hoogte van golven tijdens een storm natuurlijk sterk. 21 Daarom hanteert men de sign ilcante golthoogtc: dc hoogte die door 1 op de 7 golven wordt overschreden. Deze significante golfhoogtc blijkt in de praktijk vaak overeen te komen met dc inschatting die een ervaren waarnemer van de golfhoogte maakt. GoI/)ioogte 15)510 Go/top/up Op de meeste plaatsen langs de Nederlandse kust is voor de golfgroeirnodellen gebruik gemaakt van golfrnetingen. Voor de Westerschelde, Oosterschelde en Waddenzee, waar de golfgegevens vaak gebaseerd zijn op oude rapporten, is deze informatie niet altijd voorhanden. Sommige rapporten zijn namelijk niet gebaseerd op golfmetingen maar op vlocdnierkwaarneiningen. Dit zijn hoogtebepalingen waarbij men na een storm op de dijkhelling kijkt hoe hoog het water is gekomen. Dat is af te lezen aan het gras, stro, hout en allerlei rommel die het water heeft achtergelaten. Voor plaatsen waarvan alleen vloedmerkwaarnemingen beschikbaar zijn, werken de modellen niet met golfhoogte, maar met golfoploop: het verschil in hoogte tussen een bepaalde waterstand en dc tong van het water dat door golven tegen de waterkering wordt opgestuwd. 1J - 1 22 , Voor de goltperiode wordt de term piekperiode gehanteerd. Recent is gebleken dat de tot nu toe gehanteerde piekperioden te laag zijn voor de norm; de afgelopen tien jaar zijn ze al vaker gehaald en soms zelfs overschreden. Maar hoeveel hoger ze moeten zijn, is nog onduidelijk. De komende tien jriar zal hier uitgebreid onderzoek naar worden gedaan. overloop golfoverslag 23 8. De toekomst In het ideale geval zijn de instrumenten waarmee de hydraulische randvoorwaarden worden berekend, zoveel mogelijk uniform van opzet en maken ze gebruik van moderne en algemeen geaccepteerde methoden en technieken. Ook beschrijven ze de actuele situatie en kunnen direct worden gebruikt voor het toetsen van de primaire waterkeringen volgens het Voorschrift Toetsen op Veiligheid. Ze worden gegeven voor alle primaire waterkeringen, of die nu door de grote rivieren worden belast, door de zee of door het Ijsselmeer- of het Markermeer. Er gebeurt momenteel al veel om bovenstaande visie te verwezenlijken. De bodemligging van de rivieren en de inrichting van de uiterwaarden in de verschillende hydraulische modellen wordt geactualiseerd. Er wordt gewerkt aan een nieuw golfgroeimodel (SWAN) en ian nieuwe probabilistisehe modellen voor verschillende watersystemen. In 2006 zullen voor het eerst hydraulische randvoorwaarden worden opgenomen voor de verweking van rivierdijken, voor de dijkbekledingen in verschillende watersystemen en voor lJbLirg en de Eem. De hydraulische randvoorwaarden kunnen in de toekomst elke vijfjaar steeds nauwkeuriger worden berekend door de doorontwikkeling van de modellen en nieuwe inzichten door onder andere metingen aan bijvoorbeeld golven en rivierafvoeren. Door bij het toetsen van de primaire waterkeringen deze voortdurend verbeterende hydraulische randvoorwaarden te gebruiken, zal de veiligheid tegen overstromen van Nederland steeds beter kunnen worden gecontroleerd. 4*~r 24 ) De Dienst Weg- en Waterbouwkunde is de adviesdienst voor techniek en milieu in de weg- en waterbouw. Klantgericht, innovatief, deskundig, gericht op samenwerking, zakelijk en flexibel zijn de kernbegrippen voor de organisatie. Het werkplezier van de medewerkers is hierbij essentieel. Rjjkswaterstaat, Dienst Weg- en Waterbouwkunde, Postadres: Postbus 5044 2600 GA Delft Bezoekadres: Van der Burghweg 1 2628 CS Delft, Telefoon (015) 25185 18 Telefax:(015) 251 85 55 E-mail: [email protected] Internet: www.venwnet.minvenwnl/rws/home/ DWW-2004-015 0
© Copyright 2024 ExpyDoc
