Het waterkeringsysteem van New Orleans tijdens orkaan Katrina

Transcriptie

1 Het waterkeringsysteem van New Orleans tijdens orkaan Katrina Dr. ir. S. van Baars, Universitair docent Grondmechanica, Technische Universiteit Delft Ir. W. Kanning, Promovendus, Technische Universiteit Delft Samenvatting In de zomer van 2005 werd New Orleans zwaar getroffen door orkaan Katrina. Dat het waterkeringsysteem heeft gefaald is iedereen bekend, maar wat daar de redenen voor waren is veel minder bekend. De opgetreden waterstanden hadden immers volgens Nederlandse maatstaven gekeerd moeten kunnen worden. Nu blijkt echter dat er een groot aantal problemen waren met het waterkeringsysteem. De belangrijkste worden in dit artikel beschreven. Het waterkeringsysteem van New Orleans New Orleans ligt aan de zuidkust van de Verenigde Staten en is omringt door wateren. Ten noorden van de stad ligt Lake Ponchartrain dat groter is dan de provincie Utrecht, ten oosten en zuiden van de stad ligt de Golf van Mexico en te midden van de stad ligt de rivier de Mississippi. Figuur 1 De getroffen dijkringen in New Orleans Om New Orleans te beschermen liggen er dijkringen rondom de stadsdelen. De dijkringen werden tijdens orkaan Katrina echter op vele plaatsen doorbroken. De locaties van de grootste doorbraken zijn aangegeven met een ster in de plattegrond. De doorbraken traden hoofdzakelijk op bij de relatief lage dijken aan de oostkust van St. Bernards, bij de falende betonnen keermuren langs de scheepvaartkanalen ten westen van New Orleans East en St. Bernards en bij de keermuren langs twee van de drie uitwateringskanalen die vanaf het meer tot ver in Orleans East Bank (het centrum) doorlopen. De doorbraken ontstonden niet door een enkele oorzaak, maar door een reeks van problemen met het waterkeringsysteem. De belangrijkste problemen worden hierna één voor één behandeld. 1

2 Onvoldoende bescherming aarden dijken Een groot deel van de dijken aan de oostzijde van New Orleans is bezweken doordat ze te laag waren en er daardoor grote hoeveelheden water overheen stroomden. De dijken waren ook onvoldoende beschermd. Het water schuurde de dijken uit, met als resultaat vele doorbraken. In Nederland wordt als erosiebescherming vaak een dikke kleilaag gebruikt en wordt de grasmat sterk gehouden door begrazing. Het buitentalud wordt vaak nog extra beschermt door een steenzetting. In New Orleans was een dergelijke bescherming niet aanwezig. De dijken bestaan vaak enkel uit zand, grind of schelpen. Figuur 2 Weggespoelde zanddijk De afdekking van dergelijke dijken is vaak niet meer dan een grasmat of een enkele asfalt wegbedekking. Uitspoeling van het dijkmateriaal is daardoor zeer eenvoudig en heeft tot meerdere grote doorbraken geleidt. Te lichte constructie door keermuren In New Orleans wordt veelvuldig gebruik gemaakt van keermuren in plaats van dijken. Omdat een keermuur op een kleine dijk veel lichter is dan een complete dijk, is er een kans op horizontaal afschuiven van de waterkering. Eén van de doorbraken langs de uitwateringskanalen in stadsdeel Orleans East Bank is hierdoor ontstaan. Ook is de kans aanwezig op bezwijken van de relatief lichte keermuur ten gevolge van golfklappen, eventueel in combinatie met ontgronding achter de keermuur door golfoverslag. Figuur 3 Weggeschoven dijk met keermuur 2

3 Andere problemen bij deze keermuren kwamen voort uit het ontwerp. Zo is in de ontwerpberekeningen uitgegaan van te hoge sterkte-eigenschappen van de ondergrond (gemiddelde waarden in plaats van lagere ontwerpwaarden). Ook zijn niet alle bezwijkmechanismen doorgerekend. Waarom voor keermuren is gekozen in plaats van dijken is niet duidelijk. Onnodig lange dijkring In Nederland wordt gebruik gemaakt van een polder-boezemsysteem, waarbij het water vanuit de polder eerst over de boezemdijken in de boezem wordt gepompt en vervolgens wordt het boezemwater over de primaire dijk aan de buitengrenzen van het poldergebied gepompt. In New Orleans daarentegen heeft men in het centrum uitwateringskanalen die in open verbinding staan met het meer (en de zee bij hoog water). Deze kanalen lopen ver de stad in en op het einde staan de gemalen. Hierdoor heeft men een zeer lange primaire waterkering. Bij een doorbraak langs het uitwateringskanaal kan dit kanaal niet worden afgesloten. Bovendien kan de polder niet meer worden leeggepompt, want het gemaal bevindt zich ten eerste achter de doorbraak en ten tweede staat het gemaal onder water. Figuur 4 Keermuren rondom uitwateringskanalen Slechte overgang tussen hard en zacht De overgangen tussen harde (keermuren, keerdeuren en damwanden) en zachte constructies (dijken) laten zeer vaak ontgronding rondom de betonnen aansluitmuur zien. In deze gevallen heeft de harde constructie de dijkdoorbraak geïnitieerd. Figuur 5 Ontgronding bij hard-zacht overgang 3

4 Verschillende kerende hoogten De dijkringen hebben veel secties met verschillende primair kerende hoogte. De onderlinge verschillen kunnen meer dan 2 m bedragen. Aan de noordzijde van New Orleans East hebben alle kleidijken standgehouden, ook de lagere dijken ondanks het vele water wat eroverheen gespoeld is. Figuur 6 Sprong van 2 m in primaire keerhoogte Niet alleen de dijken, maar ook de keermuren vertonen vaak grote sprongen in kerende hoogten, vooral bij aansluitpunten. Ontbreken van keermuren Er zijn zelfs onderbrekingen in de keermuren vanwege de lage bruggen over de uitwateringskanalen. Ook zijn er twee plaatsen zonder bruggen waar er onderbrekingen in de keermuren zijn. Eén zo n gat in de dijkring is langs een uitwateringskanaal. Een ander gat in de dijkring is bij New Orleans East, aan de zijde van Lake Pontchartrain. Figuur 7 Onderbreking keermuur bij uitwateringskanaal 4

5 Veel keerdeuren Het waterkeringsysteem in New Orleans bestaat voor een groot deel uit keermuren. Bij kruisingen met lijninfrastructuur wordt vaak gekozen voor een keerdeur die bij hoog water gesloten moet worden. Het probleem is dat een dergelijk waterkeringsysteem sterk afhankelijk is van de menselijke factor om alles te sluiten. Bovendien loopt men met een dergelijk groot aantal (enkele) keerdeuren een groot risico dat er ergens een keerdeur kapot is. Op één locatie was de deur ter reparatie na een aanrijding door een trein ten gevolge van een verkeerde wisselstand. Grote zandzakken als noodkering bleken niet in staat dit gat afdoende te dichten. Alle overige deuren waren overigens wel gesloten. Figuur 8 Falende zandzakken bij kapotte enkele keerdeur Sifons onder de systeemhoogte door i.p.v. er overheen De uitwatering van veel gemalen verloopt via sifons door de waterkering heen, in plaats van er over heen (het principe van een sifon). Dit betekent dat bij hoog water het zeewater via de sifons de stad in kan lopen. Men moet om dit te voorkomen alle sifons apart afsluiten en ook af kunnen sluiten. Het stadsdeel Jefferson Eastbank heeft geen dijkdoorbraken gekend, maar is toch enkele decimeters onder water gelopen mede via deze te lage sifons. Figuur 9 Sifons bij uitwateringsgemaal lager dan keermuur 5

6 Overige aandachtspunten Er zijn nog andere aandachtspunten voor New Orleans. Zo is één dijk met keermuur bezweken door het ondergronds uitspoelen van zand vanuit de ondergrond (piping). In de straten achter de waterkering lag een laag zand van ruim 1 m dik. Dit bezwijkmechanisme is in Nederland één van de toetsingscriteria. Een ander aandachtspunt is dat de reparaties van beschadigde stukken waterkering en de aanleg van nieuwe dijken laten zien dat direct na de ramp nog veelal volgens oude inzichten wordt gehandeld. Zo worden sommige nieuwe dijken van rotsblokken met een zandafdekking aangelegd, hetgeen veel te doorlatend is. Figuur 10 Doorlatende nieuwe dijk met kern van rotsblokken en zand Nabeschouwing Terugkijkend op de ramp rijzen er vele vragen over het waterkeringsysteem. Hoe komt het dat er nog zoveel mankementen waren en dat terwijl de stad al zovaak door overstromingen was getroffen? En hoe komt het dat er geen bestuurlijk controle systeem was die dergelijke problemen eerder aan het licht kon brengen? Ook ziet men duidelijk de gevolgen van de lange verdedigingslijn. Als men gekozen had voor het afsluiten van de uitwateringskanalen en scheepvaartkanalen met keersluizen dan was de schade nooit zo groot geweest. Het is de bedoeling dat deze nu na de ramp er wel gaan komen. 6