Business case. HPT technologie, glasvezel technologie en DGFlow

Transcriptie

1 BUSINESS CASE Business case HPT technologie, glasvezel technologie en DGFlow Reductie kapitaalsinvesteringen versterking hoofdwaterkeringen op faalmechanismen piping en macrostabiliteit met HPT en glasvezel technologie en DGFlow 1

2 BUSINESS CASE Inleiding Focus op waterveiligheid: - primair: piping (k, D, d70, anisotropie), macrostabiliteit (stijghoogte, indringingslengte, vervormingen), kriberosie en andere rivier-morfologische aspecten, voor toetsing en ontwerp - secundair: calamiteitenbeheersing, monitoring,.. Met name de geohydrologische parameters zijn dominant bij de veiligheidsbeoordeling Doelen: 1. Hoe bepalen we op de juiste wijze locatie-specifiek de juiste (geo)hydrologische parameters en vervormingen? 2. Kennisontwikkeling en -transfer nieuwe technologieën en modellen. 3. Kostenbesparingen op de versterkingsopgave. 2

3 BUSINESS CASE Inleiding Hiertoe presentaties van nieuwe technieken: 1. Glasvezel technologie: k-waarden, indringingslengte, vervormingen, pilotrijp 2. HPT technologie: k-waarden, anisotropie, schematisering zandlagen, deels bewezen/ pilotrijp 3. DGFlow: geavanceerd grondwaterstromingsmodel, validatie nagenoeg gereed Parameters Model Antwoord Goedkeuren? Afkeuren en ontwerp? Aansluiting bij vele POV-M/POV-P projecten en WBI 3

4 GLASVEZEL 1) Het principe 2) Apparatuur en benodigdheden 3) Toepassingen en nieuwe ontwikkelingen Glasvezel technologie Voorbeeld temperatuurmeting met glasvezels Rivier Glasvezelkabels met t-meting Peilbuis 4

5 GLASVEZEL Wat is DTS? Distributed Temperature Sensing 5 5

6 GLASVEZEL Wat is DTS? Distributed Temperature Sensing 6 6

7 GLASVEZEL Toepassingen van DTS in de Hydrologie bij de TU Delft In het riool Nick van de Giesen, Olivier Hoes, Susan Steele-Dunne, Martine Rutten, Martijn Westhoff, Wim Luxemburg, Koen Hilgersom 7 In de lucht In de beek In het meer In de bodem 7

8 GLASVEZEL In de aquifer: Grondverdringend aanbrengen van glasvezelkabels voor het meten van grondwaterstroming 8 8

9 GLASVEZEL 9

10 GLASVEZEL 10

11 GLASVEZEL Grondverdringend aanbrengen van glasvezelkabels met een sondeerwagen Voordelen Kabels in direct contact met grondwater en gronddeeltjes Zeer geringe verstoring van de ondergrond Extra informatie van sondering Kost efficient 11

12 GLASVEZEL Het meten van de grondwatersnelheid met een Actieve Proef en een Passieve Proef bij waterwingebeid van PWN bij Castricum 12

13 GLASVEZEL infiltratiebekken putten infiltratiebekken 40 m DTS 10 m 20 m 13

14 GLASVEZEL infiltratiebekken putten 14

15 GLASVEZEL Acht kabels geïnstalleerd Actieve Proef: Warmtekabel is 4 dagen aangezet infiltratiebekken putten 15

16 Temperatuursverhoging o C GLASVEZEL Snelheid en richting van het grondwater bepaald over de hele diepte positie aan maaiveld Vergelijking meting en model op 3-4 m diepte 1 0 Dag

17 diepte (m) GLASVEZEL Grondwatersnelheidsvariatie met de diepte Duin zand snelheid ~1.3 m/d wrijvingsgetal ~ grondwater snelheid (m/d) wrijvingsgetal (%) thermale doorlatendheid korrels W/m/ o C Fijn zand snelheid ~0.5 m/d wrijvingsgetal ~0.7 17

18 GLASVEZEL De passieve proef: temperatuur varieert in infiltratiebekken en aan maaiveld watertemperatuur varieert in infiltratiebekken putten temperatuur varieert aan maaiveld M 18

19 GLASVEZEL Temperatuur meting vs. berekeningen met gecombineerd stromings en warmtetransport model 19

20 GLASVEZEL Toepassing van glasvezelkabels en DTS voor meten van grondwaterstroming onder dijken NWO New Delta Onderzoek: Meten van grondwatersnelheden met DTS en glasvezelkabels voor het karakteriseren van de grondwaterstroming. Promovendus: Bas des Tombe (TU Delft) Multi-disciplinaire aanpak door samenwerking van geohydrologen en geotechnici Toepassing van verschillende methoden zal elkaar versterken 20

21 HPT-AMPT-MPT In praktijk aangetroffen voor STPH: Bermen/kleikist van 100 tot 200 m = 2 voetbalvelden Kwelschermen van +/-15 m = 4 verdiepingen Realiteitszin? 21

22 HPT-AMPT-MPT Buiten Natuurlijke doorlatendheidsvariatie in zandlagen bepalen met HPT, MPT en AMPT Binnen (ontwerp) Niet te meten: Traditionele methode Wel te meten: Realistische methode 22

23 HPT-AMPT-MPT HPT sondering MPT mini-pompproef HPT technologie Bepalen van de doorlatendheden van watervoerende zandlagen, inclusief anisotropie 1: meting variatie in doorlatendheid tijdens sonderen 2: meting absolute doorlatendheid met MPT mini pompproeven 3: Profiel absolute doorlatendheid HPT & MPT mini pompproef - K, Ss - Diverse lagen in zandpakket - Reeds vaak toegepast Maar: effect gelaagdheid op kleine schaal (anisotropie: Kh/Kv) nog niet te meten! 23

24 HPT-AMPT-MPT AMPT test Anisotrope mini-pompproef Pilotrijp Anisotropie lijkt dominant bij piping beoordeling AMPT Anisotrope mini-pompproef - Kh, Kv, Ss - Effect gelaagdheid op kleine schaal - Pilotrijp 24

25 HPT-AMPT-MPT 25

26 HPT-AMPT-MPT Mogelijke besparingen pipingontwerpen (theorie) Bevindingen: - Anisotropie (AMPT) scheelt fors in kwelweglengte! - Besparing afhankelijk lokale laagbouw 26

27 HPT-AMPT-MPT Besparingen pipingontwerpen met behoud veiligheid! (praktijk: meestal alleen HPT & MPT, nog geen AMPT) Besparing op kwelscherm +/- 5 m (was klein voetbalveld aan staal) Besparing kwelweglengte ca m Goedkeuring 3 km afgekeurde kering Besparing kwelweglengte VO ca. 80 m 27

28 DGFLOW DGFlow, beschrijving en mogelijkheden Grondwaterstroming (elastische deformatie van de ondergrond en stroming door de verzadigde en onverzadigde zone) Warmtetransport Eindige elementen methode Gelaagdheid ondergrond, anisotropie, kh-kv-waarden Stationair en tijdsafhankelijk, 2D en 3D (imod) rekenen Piping module Sellmeijer ingebouwd Validatie nagenoeg gereed Koppeling doorlatendheden veldproeven (HPT-PMT-AMPT, glasvezel, ) Berekening maatgevende stijghoogten zandlagen bij maatgevend hoog water. 28

29 DGFLOW 29

30 DGFLOW 30

31 DGFLOW 31

32 DE UITDAGINGEN De uitdagingen zijn: In situ bepalen van de k-waarde ondergrond met HPT en glasvezel technologie Bepaling indringingslengte met glasvezel technologie Toepassing geavanceerd grondwaterstromingsmodel DGFlow als toets- en ontwerpinstrument Meting vervormingen met glasvezel technologie Realiseren kostenbesparingen. 32

33 DE UITDAGINGEN Uitdaging 1: In situ bepalen van de k-waarde ondergrond met HPT en glasvezel technologie HPT/MPT Nu grote variatie in k-waarde Permeability (vertical log-axis [m/dag]) related to the volume of soil (horizontal log-axis [m3]) for each method (POV-P project Aa en Maas) 33

34 DE UITDAGINGEN Uitdaging 2: Bepaling indringingslengte met glasvezel technologie TRWD 2004: indringingslengte voor bovenrivierengebied veilige aanname 3 m Artikel Van Duinen et al 2006: indringingslengte Alblasserwaard omstandigheden m Waterspanningsmetingen HWBP-projecten: voorlopige conclusie indringingslengte varieert, nog in onderzoek Contradicties!? Waterspanningen zijn dominant in stabiliteitsanalyses, dus goede modellering daarvan is essentieel. 34

35 DE UITDAGINGEN Uitdaging 3: Toepassing geavanceerd grondwaterstromingsmodel DGFlow als toets- en ontwerpinstrument, met input vanuit HPT en glasvezel technologie en mogelijkheid (3D-)modellering van: Gelaagdheid zandlagen Met bijbehorende doorlatendheden Anisotropie, horizontale en verticale doorlatendheid Heterogeniteiten Tijdsafhankelijke belastingen Aspecten rivier-morfologie (bv. krib-erosiekuilen) Hiermee kunnen de kans op piping en de maatgevende waterspanningen bij hoog water t.b.v. stabiliteitsanalyses nauwkeuriger worden bepaald. 35

36 DE UITDAGINGEN Uitdaging 4: Meting vervormingen met glasvezel technologie ook in het gebied waar aanspraak wordt gemaakt op de sterkte van de ondergrond, dus in het passieve vlak Kennisgeneratie i.h.k.v. POV-M-projecten Monitoren van vervormingen en Life Cycle Monitoring Welke vervormingen/vervormingsverschillen zijn acceptabel? Relatie met POV- M-project Vervormingseisen aan waterkeringen. 36

37 DE UITDAGINGEN Uitdaging 5: Kostenbesparingen mogelijk? Redeneerlijn 1 (voornamelijk op basis van kentallen volgens [1]) 2 (op basis van door het Consortium geschatte kentallen) 3 (nagenoeg volledig op basis van bijlage C van [23]) 5 Kostenbesparing op minder brede pipingbermen dan m Kostenbesparing op bijzondere constructies Totaal?? M M M M 1, M M 2,4 Vooralsnog is de inschatting 750 M 37

38 DUS ONDERZOEK NODIG Business case HPT- en glasvezeltechnologie en DGFlow Gezien: 1. goede ervaringen met HPT- en glasvezel technologie 2. dat in situ metingen beter en goedkoper zijn dan parameterbepaling op klassieke manier 3. de potentie van HPT- en glasvezel technologie i.c.m. DGFlow voor betere toetsingen en ontwerpen 4. de aangegeven mogelijke besparingen 5. de genoemde uitdagingen 6. marktconsultatie via 2 workshops Opzet Consortium voor gedegen onderzoek, met Een multidisciplinaire aanpak Een cross-link-benadering 38

39 VERWACHTING.. Verwachting: Na de komende beoordeling 2000 km hoofdwaterkering afgekeurd (op alle faalmechanismen; piping en macro-stabiliteit zullen daarin dominant zijn). Met de versterking zal een bedrag in orde van 10 miljard euro gemoeid zijn. Doelen Consortium (vastgelegd in een Voorovereenkomst tussen de leden van het Consortium): Verdere ontwikkeling HPT-MPT-AMPT-technologie Verdere ontwikkeling glasvezel technologie Kennisgeneratie bepaling doorlatendheden, vervormingen ondergrond en indringingslengte in deklagen Toepassing DGFlow Toepassing cross-link-benadering van verschillende technieken en modellen Komen tot een beter onderbouwde veiligheid en/of een significante kostenbesparing. Voor piping wordt hierbij gefocussed op kwelweglengte tekorten van meter. 39

40 PROEFLOCATIES Mogelijk interessante proeflocaties 1. IJzendoorn bij vroegere pompproef (zie POV-P-project), geen deklaag van betekenis 2. Peerenboom vanuit geologisch oogpunt bezien ideale 2D-locatie met mooie waterspanningsmetingen 3. Opijnen mede i.h.k.v. onderzoek waterontspanners en krib-erosie, complexe situatie met 10 putproeven 4. Een meetraai in dijktraject Gorinchem Waardenburg, Fort Vuren? In alle locaties is al veel bekend over de ondergrond en de waterspanningen erin. 40

41 MEETPRINCIPE achterland 200m teen kruin voorland rivier i MHW Holocene deklaag gk hpt sr gk Bij pompproef? / / GHW Intreepunt D Pleistocene zandlagen, gelaagd, heterogeen/ anisotroop Met cross-link-benadering Stroomrichting (loodrecht?) uit boring inclusief meting grondwaterstromingssnelheid Kriberosie? ca. 45m 41 sr gk hpt Dominante impact stijghoogten en indringinglengte als f(hoogte/duur rivierstand); 3D-parameter bepaling nodig - Sondering - Boring met meting stroomrichting/-snelheid - Sondering met verticale glasvezelkabel voor temperatuur en vervormingsmetingen - Peilbuis, freatisch of diep in het zand - Weggedrukte waterspanningsmeter in samendrukbare lagen van de Holocene druklaag - Spitsmuissondering - Hydraulic profiling tool met MPT-AMPT-testen - Horizontale glasvezelkabel voor vervormingsmetingen - Glasvezelmetingen in watervoerend pakket, van warm (rood) tot normale temperatuur (blauw) - Basis 1 e watervoerend pakket Glasvezelmetingen: (kabel blijft achter -> meting bij hoger water mogelijk) Vervormingsmetingen direct uit hor. En vert. glasvezelkabels. Doorlatendheid zand k = v i [m/dag] v : grondwaterstromingssnelheid uit glasvezeltemperatuurmetingen i : verhang uit peilbuiswaarnemingen k : doorlatendheid zandlaag, elke 25 cm - : correctie voor porositeit zand [Baldi] Indringingslengte? 3.0 [TR, 2004] of 7,5 m [Van Duinen et al, 2006] Af te leiden uit glasvezeltemperatuurmetingen? Zeker uit weggedrukte waterspanningsmeters.

42 TOT SLOT Het effect op het toetsen en ontwerpen van waterkeringen Juiste parameters Juiste grondwaterstromingsmodel (met k, D, d70, anisotropie,..) Juiste stabiliteitsmodel (met juiste indringingslengte, incl. verhang ervan) Scherpere toetsing/ontwerp Verwachting: beter onderbouwde veiligheid en/of grote kostenbesparingen. Hiermee komt het HWBP Beter, sneller en goedkoper uit en met een beter onderbouwd programma! 42