Quick Scan Vierhuizergat. Morfodynamiek van een geul onder de dijk

Transcriptie

1 Quick Scan Vierhuizergat Morfodynamiek van een geul onder de dijk

2 Quick Scan Vierhuizergat Morfodynamiek van een geul onder de dijk Albert P. Oost Deltares, 2014, B

3 Quick Scan Vierhuizergat Morfodynamiek van een geul onder de dijk Albert P. Oost Deltares, 2014, B

4 Deltares Titel Quick Scan Vierhuizergat Opdrachtgever Project E. Lofvers_xOOOd_xOOOa_Rijkswaterstaat Noord Nederland Kenmerk Pagina's ZKS Trefwoorden Geuldynamiek, dijkveiligheid, dijkstabiliteit, morfologie, Waddenzee, bodemerosie. Samenvatting In het Vierhuizergat is langs de dijk tot 2012 een verdieping opgetreden die een noodmaatregel noodzakelijk maakte. In deze quickscan wordt geevalueerd of de maatregel afdoende is geweest, maar vooral of vergelijkbare situaties zich weer zouden kunnen ontwikkelen. Geconcludeerd wordt dat, hoewel de maatregel vooralsnog ter plekke afdoende is, inderdaad rekening moet worden gehouden met erosie door zijwaartse verschuiving of verdieping van de geul. Op de grootste ruimtelijke schaal kan dit veroorzaakt worden door de ontwikkeling van de Eilanderbalg of het Zeegat van de Lauwers; aanbevolen wordt om deze ontwikkelingen te volgen middels lodingen. Op de middenschaal kan erosie veroorzaakt worden door de overname door het Vierhuizergat van een deel van de noordelijk gelegen Groningerbalg. Aanbevolen wordt om een pilotstudie in de vorm van een ingreep met morfologisch baggeren te overwegen en vooralsnog het gehele gebied 1x per jaar te loden. De pilotstudie dient ook generieke kennis op te leveren. Op de kleinste schaal kan door stroomversnelling of door verschillen in sedimentopbouw verdieping optreden voor het bestorte gedeelte en voor de onbestorte vooroever. Aanbevolen wordt om ter plekke de lodingen meerjaarlijks uit te voeren en te evalueren en daar een BKL-achtige evaluatiemethode voor te ontwikkelen, die ook op andere problematische gebieden kan worden ingezet. Hierbij volstaan enkele lodingen per jaar. Referenties Zaaknummer Nan den Broek. Versie Datum Auteur Paraaf Review Paraaf Goedkeuring Paraaf 10 decap. Oost, 2013 T. Stoutjesdijk, L. Vonhögen, U. Förster 2 2 dec 2014 AF Oost, T. Stoutjesdijk, L. Vonhögen, U. Förster L. van der Valk.. van der Valk F.M.J. Hoozemans ( Status definitief Quick Scan Vierhuizergat

5 Inhoud 1 Introductie Algemeen Achtergrond Doel opdracht Aanpak Leeswijzer 2 2 Gebiedsbeschrijving Geografie Geologie 4 3 Gebruikte methoden Inleiding Schalenbenadering Veiligheid 5 4 Morfologische ontwikkelingen Morfologische ontwikkeling Vierhuizergat Introductie De grootschalige ontwikkeling De middenschalige ontwikkeling De kleinschalige ontwikkeling De ingreep van Ontwikkeling na de ingreep Dijkveiligheid Wat vooraf ging aan de ingreep Situatie Na de ingreep 25 5 Interpretatie Morfologische ontwikkeling Vierhuizergat Interpretatie grootschalige ontwikkeling Interpretatie middenschalige ontwikkeling Interpretatie kleinschalige ontwikkeling Dijkveiligheid Bestorte vooroevers Niet bestorte vooroevers 32 6 Voorspelling toekomstig gedrag Toekomstige morfologische ontwikkeling Vierhuizergat Introductie Grootschalig toekomstig gedrag Middenschalig toekomstig gedrag Kleinschalig toekomstig gedrag Dijkveiligheid Bestorte vooroevers Niet bestorte vooroevers 35 Quick Scan Vierhuizergat I

6 7 Aanbevelingen voor toekomstig beheer Algemeen Morfologie Inleiding Grootschalige dynamiek Dynamiek op de middenschaal Dynamiek op de kleine schaal 38 8 Conclusies 41 9Equation Section (Next) Literatuur 43 Bijlage(n) A BKL en berekening van momentane kustlijn (MKL) en momentane oeverlijn kust (MOLK) (bron?) 45 B Overzicht van de vaklodingen 47 C Beheerlodingen Vierhuizergat 60 Quick Scan Vierhuizergat II

7 1 Introductie 1.1 Algemeen Dit rapport is vervaardigd in opdracht van Rijkswaterstaat (offerteaanvraag van 4 oktober 2013; zaaknummer /Van den Broek; offerte van 14 oktober en opdrachtverlening van 24 oktober 2013). Rijkswaterstaat verzocht om een quick scan uit te voeren naar de morfologische ontwikkelingen in het kombergingsgebied van de Zoutkamperlaag met speciale aandacht voor het Vierhuizergat. Duidelijk moet worden welke ontwikkelingen het Vierhuizergat op korte en lange termijn zal ondergaan. De beheerders Rijkswaterstaat en Noorderzijlvest willen daarmee beter zicht hebben op de ontwikkelingen van het Vierhuizergat. 1.2 Achtergrond Naar aanleiding van een voorstudie door Deltares 1 heeft Waterschap Noorderzijlvest in het najaar van 2012 de geulwand van het Vierhuizergat ter hoogte van de Lauwersmeerdijk bestort. De geul Vierhuizergat is de afgelopen jaren naar de dijk verplaatst waardoor de vooroever van de dijk werd aangetast en het minimaal benodigde (kritische) grensprofiel werd overschreden. Door de gepleegde bestortingen is gevaar van inscharing of zettingsvloeiing geweken. RWS voert sinds de uitvoering maandelijks multibeam lodingen uit van het gebied. Afgesproken is dat RWS een verkenning laat uitvoeren om het gedrag van de geul nader te analyseren (nadere analyse oorzaak en verwachtingen geulontwikkeling in de context van de grootschalige, lange termijn morfologische ontwikkeling van het gebied; deze studie). Op basis van inzichten uit de lange termijn analyse moet het waterschap voor de langere termijn beslissingen kunnen nemen over de noodzaak tot verdere versterking van de rest van de onder water gelegen vooroever. Met waterschap Noorderzijlvest is afgesproken dat RWS via Deltares eerst een quick scan laat uitvoeren naar de morfologische ontwikkelingen in het kombergingsgebied van de Zoutkamperlaag, waar het Vierhuizergat onderdeel van uitmaakt. Duidelijk moet worden welke ontwikkelingen het Vierhuizergat op korte (jaren) en lange (decennia) termijn zal ondergaan. Voorkomen moet worden dat dezelfde problemen optreden als in 2012, zoals boven beschreven. Daarom willen Rijkswaterstaat en het waterschap ook een beeld krijgen van eventuele maatregelen die in de toekomst genomen zouden kunnen worden om de veiligheid van de dijk te garanderen. 1.3 Doel opdracht RWS vraagt aan Deltares een kort technisch-inhoudelijk advies, waarmee de beheerders Noorderzijlvest en Rijkswaterstaat verdere procedurele afspraken kunnen maken en tijdig tot passende oplossingen kunnen komen. Daarin dienen de volgende onderwerpen aan de orde te komen: Een beschrijving van de grootschalige morfologische ontwikkeling van het kombergingsgebied van de Zoutkamperlaag, met de nadruk op de ontwikkelingen langs de zuidzijde (het aan de Lauwersmeerdijk grenzende wad). Dit is het belangrijkste product. Op basis hiervan een prognose van de verwachte toekomstige ontwikkelingen en trendsvan het Vierhuizergat, waarbij het effect van de onlangs aangebrachte bestortingen op de nabije omgeving mede in ogenschouw wordt genomen. 1 (Risico instabiliteit Vierhuizergat, door Stoutjesdijk, 11 september 2012 (kenmerk: GEO-0001) Quick Scan Vierhuizergat 1

8 Een beschrijving van de relatie tussen de (verwachte) morfologische ontwikkeling en de primaire veiligheid van de Lauwersmeerdijk. Is de geul in een situatie beland waarbij geen gevaar meer te verwachten is voor de dijk, of zal de geul in de toekomst (tussen nu en ca 20 jaar) weer zodanig ontwikkelen dat er opnieuw problemen kunnen worden verwacht? Een advies op basis van bestaande kennis over hoe op de deze verwachte toekomstige ontwikkelingen ingespeeld kan worden, zodat aan de primaire veiligheid van de Lauwersmeerdijk voldaan blijft. Op welke wijze kan tijdig en eenvoudig worden gesignaleerd wanneer (nog) (kosten)efficiënt kan worden ingegrepen? Welke meet- en monitoringstrategie kan het best worden gevolgd? (welk soort metingen, welk opnamegebied, welke meetfrequentie?) Welke maatregelen zijn (op termijn) op deze locatie het best passend om blijvend aan de primaire veiligheid van de Lauwersmeerdijk te voldoen? Een advies met korte onderbouwing over eventueel benodigd verdiepend onderzoek. Het gaat hierbij nadrukkelijk om een quick scan. Met andere woorden: het is de bedoeling om op basis van bestaande kennis, gegevens en (landelijke) inzichten een antwoord te geven op bovenstaande vragen. 1.4 Aanpak In de onderstaande quickscan worden de onderstaande stappen gevolgd: 1. Allereerst zal een beschrijving worden gegeven van de morfologische ontwikkeling van het kombergingsgebied van de Zoutkamperlaag, met de nadruk op de ontwikkelingen langs de zuidzijde (het aan de Lauwersmeerdijk grenzende wad); 2. Op basis hiervan wordt een prognose gegeven van de verwachte toekomstige ontwikkelingen en trends van het Vierhuizergat, inclusief het effect van de onlangs aangebrachte bestortingen; 3. Er wordt inzicht gegeven in de relatie tussen de morfologische ontwikkeling en de primaire veiligheid van de Lauwersmeerdijk. 4. Er wordt inzicht gegeven in de wijze waarop op de toekomstige ontwikkelingen geanticipeerd kan worden: Er wordt een manier beschreven om tijdig te signaleren wanneer er moet worden ingegrepen. Ook wordt er aangegeven welke maatregelen (op termijn) op deze locatie het best passend om aan de primaire veiligheid van de Lauwersmeerdijk te kunnen blijven voldoen. 5. Ook wordt er inzicht gegeven in welke meet- en monitoringstrategie het best kan worden gevolgd om veiligheidsproblemen tijdig te kunnen signaleren en tijdig en (kosten)efficiënt te kunnen ingrijpen. 6. Er wordt advies gegeven over eventueel benodigd verdiepend onderzoek om de juiste maatregelen te kunnen bepalen. 1.5 Leeswijzer In het onderstaande stuk wordt de Quick-scan gegeven van het Vierhuizergat. Na een korte uitleg over het gebied (hoofdstuk 2) en de gevolgde aanpak (hoofdstuk 3) wordt in gegeaan op de resultaten (hoofdstuk 4) waarna een interpretatie volgt (hoofdstuk 5). Op basis daarvan wordt in hoofdstuk 6 een voorspelling gedaan van het toekomstig gedrag en worden in hoofdstuk 7 aanbevelingen gedaan voor toekomstig beheer. In hoofdstuk 8 worden conclusies getrokken. Quick Scan Vierhuizergat 2

9 2 Gebiedsbeschrijving Pinkegat Westgat Rif Rottumerplaat Engelsmanplaat Plaatgat Zoutkamperlaag Glinder Schiermonnikoog Brakzandstergat Groote Siege Brakzand Schildknoopen Groningerbalg Vierhuizergat Schildersron Eilanderbalg Spruit Zeegat van de Lauwers Simonszand Zuid Oost Lauwers Figuur 2.1 Overzicht van de belangrijkste geulen en platen in de Zoutkamperlaag en Eilanderbalg: cursief = plaa namen; cursief & onderlijnd = droogvallende plaatnamen; overige = geulnamen. Bodem is representatief voor data RWS). 2.1 Geografie Het Vierhuizergat maakt deel uit van het zeegat de Zoutkamperlaag en is de meest zuidelijke wadgeul die oostwaarts van de spuisluizen langs de dijk haar weg zoekt (figuur. 2.1; 2.2). De ontwikkeling van het zeegatsysteem Zoutkamperlaag volstrekt zich in wisselwerking met drie andere zeegatsystemen: Pinkegat (ten westen ervan), Eilanderbalg en het Zeegat van de Lauwers. De laatste twee zijn namelijk mede bepalend voor de ontwikkeling van het gebied zuidelijk van Schiermonnikoog. Op kleinere schaal is de ontwikkeling van het Vierhuizergat nauw gerelateerd aan de ontwikkeling van de gelijk noordelijk ervan gelegen Groningerbalg, waarvan de ontwikkeling deels weer gerelateerd is aan de daarboven gelegen Schildknoopen. De drie geulen worden samen sterk beïnvloed door de ontwikkeling van de moedergeul waar ze uit voortkomen: het deel van de Zoutkamperlaag dat langs de Lauwersmeerdijk loopt. Vierhuizergat en de Groningerbalg verzorgen gezamenlijk de drainage van het zuidelijke deel van het Zoutkamperlaag-wad onder Schiermonnikoog. Op het wantij ontmoeten ze de geulen komende uit de Eilanderbalg, later (1982/1987) de geulen van het Zeegat van de Lauwers. Het Vierhuizergat heeft zich na de afsluiting van de Lauwerszee naar het zuiden verplaatst en is daardoor dicht onder de Lauwersmeerdijk terecht gekomen en heeft daarna van tijd tot tijd (zie onder voor details) gezorgd voor het ontstaan van steilten en grote diepten vlak voor de dijk. De laatste maal in 2012 leidde dit tot een noodmaatregel om de dijkveiligheid zeker te stellen. Quick Scan Vierhuizergat 3

10 Figuur 2.2 Overzicht van de ligging van het Vierhuizergat voor de Lauwersmeerdijk ter hoogte van de Marnewaard (Bron: Topografische Dienst). 2.2 Geologie De geologische opbouw van het gebied wordt o.a. beschreven in Vos (1992), Oost (1995) en van Heteren & van der Spek (2003). De auteurs laten zien dat het gebied sterk beïnvloed is door de oude getijdegeulen en de inbraken die eerder hebben plaatsgevonden. Deze laatste konden vooral plaatsvinden (8 ste /9 de eeuw) omdat de mens het veen in grote hoeveelheden had afgegraven en de afdekkende kleilaag had verstoord. Grote veenvoorkomens zijn in het Lauwersmeergebied vrijwel volledig verdwenen (gewonnen of geërodeerd). Zeewaarts ervan liggen nog wel lokaal pakketten veen begraven onder recente wad-sedimenten. Na alle inbraken is het gebied stukje bij beetje ingepolderd, waardoor de platen en kwelders tot polders werden (1500 AD). De ingepolderde gebieden bestaan grotendeels uit getijdeafzettingen; zand (van verschillende korrelgroottes) met dunne kleilaagjes. Binnen deze getijdeafzettingen kan onderscheid worden gemaakt tussen de oorspronkelijke getijdegeulen en de platen. Deze laatste zijn mogelijk beter geconsolideerd dan de geulopvullingen (lastiger te eroderen), de geulopvullingen daarentegen zijn heterogener van opvulling. Voor erosiesnelheden kan het dus van groot belang zijn in welke setting de huidige geul zich bevindt. Het Pleistocene oppervlak zit in deze regio onder de NAP -20m; deze diepte heeft het Vierhuizergat niet bereikt. Quick Scan Vierhuizergat 4

11 3 Gebruikte methoden 3.1 Inleiding In de onderstaande quickscan is ervoor gekozen om twee aparte deelstudies uit te voeren. De eerste is een analyse van de morfodynamische ontwikkeling van het gebied met behulp van de schalenbenadering (zie 3.2). De andere is een analyse van de dijkstabiliteit in relatie tot de voorliggende geul (zie 3.3). 3.2 Schalenbenadering Over het algemeen blijkt de schalenbenadering (Oost, 1995) een effectieve manier te zijn om problemen in de Waddenzee te analyseren. Daar is ook in deze studie voor gekozen. De schalenbenadering gaat ervan uit dat het morfodynamische gedrag van een gebied te beschouwen is op verschillende tijd- en ruimteschalen. Tijd- en ruimteschaal zijn onderling gekoppeld. Hoe groter de ruimtelijke schaal die beschouwd wordt, hoe meer tijd over het algemeen benodigd is om een bepaalde vaak karakteristieke ontwikkeling door te maken. Door op deze wijze ontwikkelingen te beschouwen, stellen we ons het gebied a.h.w. voor als een serie geneste ontwikkelingen. Daarbij vinden ontwikkelingen plaats op kleine ruimte- en tijdschaal, die zelf onderdeel zijn van een ontwikkeling op grotere ruimte en tijdschaal, maar tevens is elk van die kleinere ontwikkelingen zelf weer opgebouwd uit ontwikkelingen op nog kleinere schaal. Een voorbeeld is de ontwikkeling van een geul, die onderdeel uitmaakt van een groter zeegatsysteem, maar die tevens wordt opgebouwd uit geulbochten die elk hun eigen ontwikkeling doormaken. De schalenbenadering geeft ook de mogelijkheid om problemen te analyseren omdat vaak bekend is op welke tijd- en/of ruimteschaal zich het probleem voordoet. Om te analyseren wat er aan de hand is wordt dan gekeken naar die schaal zelf, de bovenliggende schaal (om de context te begrijpen) en de direct onderliggende schaal (om de opbouw en de effecten te begrijpen). 3.3 Veiligheid Een aantal malen is in het Waddengebied en het Zeeuwse sprake geweest van geulen die dicht onderdijks kwamen en daarbij instabiliteit veroorzaakten en daarmee een verminderde standszekerheid van de dijken. Daarbij was het vaak lastig om op tijd te grijpen. Enerzijds werd dit veroorzaakt door het feit dat geulen soms relatief snel kunnen ontwikkelen en dat dit tot verrassingen kan leiden, omdat het ene moment er nog geen sprake is van een aantasting van de vooroever van de dijk en dan plots wel. Anderzijds werd het veroorzaakt doordat de Waterschappen bevoegd gezag zijn van de dijken en vooroevers, terwijl Rijkswaterstaat het bevoegd gezag vormt dat zeggenschap heeft over de aangrenzende geulen, platen/slikken en kwelders/schorren. Met andere woorden: de problemen ontstaan op het grensvlak van twee beheergebieden, waarbij de geulontwikkeling in het gebied dat beheerd wordt door RWS relatief snel bepalend kan worden voor de dijkveiligheid dat onder beheer valt van het waterschap. Een goed en volledig overzicht van de geuldynamiek en van de mogelijke korteen lange termijn implicaties voor de dijkveiligheid zijn daarbij zeer nuttig. In de bovenbeschreven adviesvraag (Hoofdstuk 1) wordt gevraagd naar een methode om tijdig en eenvoudig te kunnen signaleren wanneer (nog) (kosten)efficiënt kan worden ingegrepen en naar welke meet- en monitoringstrategie het best kan worden gevolgd. In dit rapport wordt een eerste aanzet gegeven tot een dergelijke methode. Quick Scan Vierhuizergat 5

12 Het is niet de eerste keer, dat hierover wordt nagedacht. Al eerder ontwikkelde Roelse (1991; in de Groot, 2002) voor de Onrustpolder in Zeeland een zogeheten Momentane OeverLijn Kust (MOLK; zie bijlage A). Dit instrument geeft weliswaar de ontwikkeling van de dijkoever aan maar het verloop ervan is daarmee in de tijd nog niet duidelijk. Quick Scan Vierhuizergat 6

13 4 Morfologische ontwikkelingen 4.1 Morfologische ontwikkeling Vierhuizergat Introductie Het probleem van het Vierhuizergat speelde zich vooral af langs de dijk van de Lauwersmeer ter hoogte van km 85,75 tot km 86,3. Het gaat hier om de geul Vierhuizergat die de Lauwersmeerdijk raakt. Om de context te begrijpen moeten we dus naar de ontwikkeling kijken van de relevante zeegatsystemen Zoutkamperlaag, Eilanderbalg en Zeegat van de Lauwers die de grootschalige ontwikkeling van het gebied bepalen. Daarnaast is de ontwikkeling van de geul zelf van belang in relatie tot de ontwikkeling van de andere geulen die het gebied draineren, te weten: Schildknoopen en Groningerbalg en de moedergeul: het zuidelijke deel van de Zoutkamperlaag (figuur. 3.1 & 3.2). Het bovenstaande is gedaan aan de hand van de vaklodingen van 1927, 1958, 1967, 1970, 1975, 1979, 1982, 1987/(89), 1994, 2000, 20(05)/06 en 2012 (Bijlage B) om zo een overzicht te krijgen van de bepalende factoren en iets te kunnen zeggen over de toekomstige ontwikkeling. Voorts is naar de specifieke ontwikkeling van de buitenbocht die de dijk raakt gekeken aan de hand van beheerlodingen van 2002, 2003, 2005, 2010, 2011, jul 2012, okt 2012, nov 2012, jan 2013, feb 2013, april 2013, mei 2013, jun 2013, jul 2013, aug 2013, sept 2013, okt 2013, nov 2013 (Bijlage C) om het probleem zelf beter te doorgronden. Daarbij is ook meegenomen de ingreep die in 2012 heeft plaatsgevonden. Op een nog fijnmaziger niveau is gekeken naar een aantal ontwikkelingen die vaak te maken hadden met de interactie tussen natuur en mens, zoals de aanleg van stortstenen dammen. De ontwikkelingen zijn verder beschreven met informatie verkregen van betrokkenen De grootschalige ontwikkeling Het Vierhuizergat bestaat al erg lang: een eerste aanzet is al te zien op de loding van Dan is de oostwaartse extensie echter nog beperkt. Een eerste oostwaartse uitbouw treedt op in de periode tot Daarna trekt de geul rond de aanleg van de Lauwersmeerdijk iets terug in westwaartse richting, wat te zien is op de loding van In hoeverre de aanleg van de Lauwersmeerdijk al een rol speelde is de vraag: in 1962 is begonnen met de aanleg van het werkeiland Lauwersoog (1240 meter lang en 550 meter breed), dat in 1963 klaar was. Daarna werd al in 1963 vanuit Lauwersoog in de richting van de Groninger kust met de aanleg van de eerste 1500 meter een begin gemaakt met de afsluitdijk. In 1964 volgde het 2500 meter lange dijkgedeelte van de werkhaven Vierhuistergat tot aan de Groninger kust. In 1968 werd de werkhaven aan het Vierhuistergat verbonden met het dijkgedeelte bij Lauwersoog en was dit stuk van de afsluitdijk af. Na 1970 treedt een sterke oostwaartse uitbouw op van de geul. Deze ontwikkeling lijkt voor een groot deel toegeschreven te moeten worden aan de afsluiting van de Lauwerszee in 1969 (Biegel & Hoekstra, 1995; Oost, 1995). Quick Scan Vierhuizergat 7

14 Figuur 4.1 Verschilkaart : de reactie op de afsluiting van de Lauwerszee in 1969 is duidelijk zichtbaar: de opvulling van de hoofdgeul tussen de Noordzee en de voormalige Lauwerszee in geel en, in blauw, het vergr ten van de dimensies van de zuidoostelijke geulen (oostelijk van de opvulling van de hoofdgeul ten gevolge van het versneld doorlopen van het getij via de te diepe Zoutkamperlaag naar het wantij (Data RWS, kaart Deltares). Na afsluiting van de Lauwerszee vonden er grote veranderingen in zowel het bekken als het Friese zeegat plaats (Figuur 4.1). De afsluiting verkleinde het bekkenoppervlak met zo n 30%, waardoor het getijprisma reduceerde van 306*10 6 m 3 naar 200*10 6 m 3. Daardoor was de morfologie van het geulensysteem en de buitendelta niet langer in evenwicht met de hydraulische condities. Het systeem ontwikkelde dan ook in de richting van een nieuw evenwicht. Door de gereduceerde getijstromingen kon het oorspronkelijke zandvolume van de buitendelta en de natte doorsnede van de wadgetijdegeulen niet worden behouden. De geulen hadden een te grote natte doorsnede waardoor de stroomsnelheden afnamen in het gedeelte oostelijk van de Lauwerszee. Golfgedreven transporten duwden de buitendelta landwaarts. Het zand werd vooral afgezet in de hoofdgeul in het kombergingsgebied. Tussen 1970 en 1987 (de tijd van de sterkste veranderingen) werd in de wadgeulen ca. 30*10 6 m 3 afgezet en erodeerde de buitendelta met ca. 26*10 6 m 3 (Oost, 1995). Verder naar binnen toe nam het zandgehalte van de vele meters dikke opvulling van de hoofdgeul af; nabij de afsluitdijk van de Lauwersmeer overheerste slibafzetting. Zo raakte in een paar decennia de natte doorsnede weer grotendeels afgestemd op het nieuwe getijvolume. In de periode tot de opvulling was er dus sprake van een te grote geul i.r.t. de hoeveelheid getijdewater, dit leidde tot een relatief geringe weerstand waardoor het water betrekkelijk snel kon doorlopen tot aan de waterscheiding met de Eilanderbalg. Tegelijk migreerde (na 1977) ook de Eilanderbalg ca. 5 km naar het oosten, deels door uitbochting en vermoedelijk ook door kustparallelle, oostwaarts gerichte zandaanvoer (Oost et al., 2013; figuur. 4.2; Bijlage B). Quick Scan Vierhuizergat 8

15 Deze twee effecten lijken de belangrijkste oorzaken voor de sterke oostwaartse verplaatsing van het wantij onder Schiermonnikoog en de dito geuluitbreiding van het Vierhuizergat. Dit wijst op een toename in het getijdedebiet in het Vierhuizergat. Een belangrijke ontwikkeling (Oost et al., 2013) voor de toekomst is dat de Eilanderbalg sterk is gaan meanderen nabij het zeegat. Daarbij wordt de wadzijde van de oostpunt van Schiermonnikoog (de Balg) geërodeerd door een noordwaarts verplaatsende meander. Deze erosie leidt tot een versmalling van het eiland ter plekke. Deze versmalling zou mogelijk kunnen leiden tot een doorbraak passend in de natuurlijke cyclus van de Eilanderbalg (zie ook figuur. 4.2). Indien de doorbraak de hoofdgeul van de Eilanderbalg zou worden dan zou dit een veel kortere weg naar het wantij opleveren en daarmee leiden tot een wantijverplaatsing. In hoeverre dit veel zou bijdragen tot het westwaarts verplaatsen van het wantij ten oosten van het Vierhuizergat is nog onduidelijk, omdat deze vanaf de oostkant vooral wordt aangestroomd door het Zeegat van de Lauwers. Of dit zo blijft in de toekomst is onduidelijk omdat, door het verdwijnen van Simonszand en het ontstaande contact tussen Eilanderbalg en het Zeegat van de Lauwers, momenteel het hele gebied sterk verandert. Zonder nadere analyse is dit niet aan te geven. Figuur 4.2 Ligging oostpunt van Schiermonnikoog waarbij de positie is bepaald aan de hand van beschikbare opnamen en uitgaande van de rand van het zeegat de Eilanderbalg (LW) oostelijk van Schiermonnikoog. De tijdeli ke westwaartse verplaatsing na 1970 werd veroorzaakt door een vorming van een nieuwe zeegat-geul De middenschalige ontwikkeling Vanaf ca tot 2012 komen de zuidelijke geulen van de Groningerbalg en de noordelijke geulbochten van het Vierhuizergat geleidelijk dichter bij elkaar, waarbij de onderlinge afstand is afgenomen van ca. 1,5 km naar 1 km. In de periode heroriënteert de geulbocht van de Zoutkamperlaag direct oostelijk van de haven van Lauwersoog en richt zich van de Schildknoopen op de Groningerbalg. Daarbij wordt de connectie tussen het Vierhuizergat en de geulbocht verdrongen in zuidwaartse richting. De geul ontwikkelt zich van een geulbocht tot een parallel aan de dijk liggende vloedgedomineerde geul (figuur 4.3). Quick Scan Vierhuizergat 9

16 De geulbocht daar oostelijk van ontwikkelt vanaf 1982 in een ebschaar die meer en meer de kortste weg zoekt naar de geulbocht van de Zoutkamperlaag. Daarbij voert de mond ervan een soort westwaarts glijdende beweging op de bovengenoemde vloedschaar uit / / Figuur 4.3 Detailuitsnede uit de vaklodingen. De ebschaar van het Vierhuizergat (1) leidt bij het uitstromen in de vloedschaar (2) lokaal tot verdieping voor de dijk. Merk op dat de ebschaar een soort van westwaartse beweging maakt v.w.b. het intreepunt in de vloedschaar (hier aangegeven met opeenvolgende pijlen; kaart 2012 geeft positie 1982 m.b.v. onderbroken pijl; Bron: Lodingen RWS) De kleinschalige ontwikkeling (deels naar Poortman, 2010) Waar de ebschaar uitmondt in de vloedschaar is in figuur 4.3 met pijlen aangegeven. Dit was ook steevast het diepste punt nabij de dijk. Rond 1987 zijn daarbij oostelijk van het huidige probleemgebied voor de dijk zeer grote diepten ontwikkeld (> NAP -15m). Dit punt verplaatste langs de kust in westwaartse richting. Door het waterschap zijn op de zo ontstane diepe plek- Quick Scan Vierhuizergat 10

17 ken langs de dijk, beginnend in het oosten maar later ook meer westelijk, een serie stortstenen strekdammen aangelegd. De laatste strekdammen werden aangelegd in 2005 de oostelijke, met een lengte van 5 m en in 2010 de westelijke, met een lengte van 10 m (Meijer, Noorderzijlvest, pers inf.). Vanaf 1970 is het Vierhuizergat, ter plekke van de zone waar in 2012 is ingegrepen, ook nog eens richting de waterkering verplaatst (figuur.4.4). Daarbij ontwikkelde aan de noordzijde een binnenbocht die steeds verder naar het ZW uitbouwde, terwijl de buitenbocht steeds verder opdrong naar de dijk. Omstreeks 2004 werd de dijk bereikt en stopte de zuidwaartse beweging nagenoeg: de waterdiepte bedroeg bijna NAP -6 meter. De breedte van de geul is tot 2012 verder afgenomen en de geul verdiepte sinds tenminste 2002 met steeds steilere onderwatertaluds (zie ook figuur. 4.5 & 4.6). In 2009 was de diepte al ruim NAP -8,5 meter. In 2011 trad een nog verdere verdieping op. In 2012 werden door Rijkswaterstaat lokaal diepten gemeten tot NAP m. voor de strekdam die in 2010 was aangelegd. Het onderwatertalud voor de dijk had ter plekke een helling van 1:2 en lokaal zelfs 1:1,5. Figuur 4.4 Migratie van het Vierhuizergat in richting van de dijkover de periode ter hoogte van profiellijn DPW 250 (zie figuur. 4.5 voor locatie; uit: Poortman, 2009). Quick Scan Vierhuizergat 11

18 Figuur 4.5 positie profielen van figuur 4.5 op de kaart van Quick Scan Vierhuizergat 12

19 Quick Scan Vierhuizergat 13

22 Figuur 4.6 Gaande van oost naar west (figuur. 4.5) de profielen voor de ingreep en de eerste na de ingreep (jan ari 2013). Uit de profielen van figuur 4.6 komt naar voren dat de verdieping vooral plaats vond in de eerste 200 m loodrecht uit de dijk en zich vooral begon te manifesteren vanaf 2004, toen de zuidelijke geulwand tegen de dijk aanzat (Poortman, 2010). Indien de profielen (aangeleverd door RWS) een correcte ligging hebben voor hun 0-punt dan kan ook geconstateerd worden dat in juli 2012 de steilste profielen ontstonden aan de zuidelijke geulwand. Voor de ingreep in 2012 waren de stroomsnelheden aanzienlijk en werden in september op het hoogtepunt van de eb met het oog op grond van drijvende voorwerpen geschat op ca. 2 m/s aan het oppervlak. Verdere verdieping kon derhalve worden verwacht. De verdiepingen voor de dijk zouden deels ook veroorzaakt kunnen zijn door de verschillen in de sedimentaire opbouw van de ondergrond. Hoewel het hoofddeel zand is, is dit lokaal doorspekt met kleilagen. Ook veen komt lokaal in dit gebied voor in tot meters dikke pakketten. Deze verschillende sedimenten reageren verschillend op erosie door stroming. Van veen en klei is bijvoorbeeld bekend dat dit nog een tijd kan blijven staan, om daarna in korte tijd te bezwijken. Hierbij kunnen in korte tijd diepe erosiegaten ontstaan. De exacte opbouw in het gebied van de geul is echter niet bekend De ingreep van 2012 (vnl. naar Meijer, 2013) Op basis van de ontwikkelende situatie werd advies gevraagd aan Deltares. Het daaropvolgende onderzoeksrapport maakte duidelijk dat er sprake was van hoge urgentie vanwege de grote kans op zettingsvloeiing en afschuiving. Daarbij zou de dijk over een flinke lengte volledig kunnen falen door instabiliteit van de ondergrond. Er werd geadviseerd om met spoed in te grijpen om de onderwateroever van de dijk te stabiliseren, de geul te verondiepen/te verleggen en een gedeelte van de geulbodem te bestorten (Voogt, 2012). Quick Scan Vierhuizergat 16

23 Figuur 4.7 Overzicht van het uitgevoerde ontwerp (Naar: Meijer, 2013). Figuur 4.8 Kraanschip met pomp tijdens verbreden geul aan de noordzijde. Het Waterschap Noorderzijlvest heeft in 2012 naar aanleiding daarvan met spoed maatregelen ontwikkeld en daarvoor samen met Rijkswaterstaat een bestek gemaakt. Ook is meteen artikel 5.30 van de Waterwet in werking gesteld en zijn stakeholders geïnformeerd. De versterking van het onderwatertalud van de dijk eind 2012 heeft circa 2½ maanden geduurd en heeft vanaf het water plaatsgevonden. De onderwateroever is daarbij bestort en aangevuld tot een flauwere helling, de geul nabij de dijk is verondiept en de bodem van de geul is voor een deel mee bestort (figuur. 4.7). Voor de aanvulling van het talud is voornamelijk zand gewonnen van de naastgelegen zandbank en afgestort met staalslak. In totaal is over een lengte van 900 meter het onderwatertalud van de dijk versterkt. Op 20 september 2012 is de aannemer gestart met het verruimen van de geul door bij eb het zand van de noordelijk gelegen oever met behulp van een onderwaterpomp los te woelen en te laten afstromen met de getijstroming tijdens eb (figuur. 4.8). Na de eerste week is begonnen met het vullen van de verdieping tot NAP 8.00 m met zand. Het zand daarvoor wordt gewonnen aan de binnenbocht van de nabijgelegen zandbank, het beunschip wordt naar de locatie gevaren en op de juiste positie geklapt. Quick Scan Vierhuizergat 17

24 Na een aantal dagen is hiermee gestopt vanwege de nog aanwezige hoge stroomsnelheid in de geul. Uit inpeiling bleek dat tweederde deel van het zand was weggespoeld. Besloten is de verdieping op te vullen met staalslakken 40/200 mm in een hoeveelheid van 1.2 ton/m2, de in het tracé aanwezige strekdammen, bestaande uit stortsteen, te verwijderen en het materiaal te gebruiken voor de aanvulling met stortsteen 40/200 kg. Daarna is het geheel afgestort met staalslakken tot een hoogte van circa NAP -8.00m. Figuur 4.9 Aanvulling zand en bestorten met staalslakken van het onderwatertalud. Na het op gewenste hoogte brengen van de bodem is het bestaande talud samen met de bodem vanaf de oostzijde bestort met de gewenste hoeveelheden staalslakken (figuur. 4.9). Deze werkzaamheden hebben geduurd tot eind oktober. Begin november is begonnen met het bouwen van een helling 1:4 van oost naar west die bekleed werd met staalslakken in de hoeveelheid van 1.2 ton/m 2. Eind november is de bestaande teen afgestort met stortsteen. Einde werk was op 30 november Al met is de uiteindelijke uitvoering wel afwijkend van het bestek. Met name het opvullen van de geul met stortsteen is een grote afwijking (figuur. 4.7) Ontwikkeling na de ingreep Na de uitvoering van het werk is de ontwikkeling van de geul doorgegaan. Daarbij is noordelijk van de staalslakkenbestorting een nieuwe verdieping aan het ontstaan (figuur. 4.10). De verdieping is voor zover na te gaan- het gevolg van de doorgaande ontwikkeling die ook al plaats vond voor de ingreep, namelijk de zanddruk aan de binnenbocht en de hoge snelheden aan de buitenbocht. In potentie zouden weer diepe kuilen kunnen ontstaan. Vooralsnog lijken de ontwikkelingen niet verontrustend. Het geringe aantal waarnemingen laat echter nog niet toe om hier harde uitspraken over te doen. Aanbevolen wordt om de observaties voorlopig nog maandelijks of tweemaandelijks verder te zetten. Quick Scan Vierhuizergat 18

25 Figuur 4.10 Boven: diepten in februari 2013; onder: diepten in september Raaien geven ligging profielen figuur 4.11 aan. Quick Scan Vierhuizergat 19

29 Figuur 4.11 Gaande van oost naar west (figuur. 4.10) de profielen na de ingreep en de twee laatste voor de i greep (oktober & november 2012). Quick Scan Vierhuizergat 23

30 Uit de profielen is te zien dat vanaf het oosten tot en met profiel DPW86_030 (figuur 4.11d) de profielen wijder worden aan de noordzijde van de geul, terwijl tegelijkertijd de plaat aan de noordzijde hoger wordt. De profielen van DPW86_120 en verder naar het westen is ook zichtbaar hoe het profiel in de maanden na de ingreep verdiept. Het beeld van de noordwaardse verwijding is minder éénduidig: hogere stukken van het profiel bouwen juist zuidwaarts uit. Al met al lijkt de geul te verwijden aan de noordzijde onder NAP -2m voor de oostelijke profielen en onder NAP -4m voor de westelijke terwijl in beide gevallen de plaat aan de noordkant ophoogt. De ontwikkeling van de zanddruk blijkt door te gaan, evenals (aan de westkant) een verdieping van de geul. Momenteel (eind 2014 wordt lokaal al 1 m verdieping gemeten t.ov. de situatie net na de ingreep (pers. Meded. E. Lofvers). 4.2 Dijkveiligheid Wat vooraf ging aan de ingreep (Vooral naar: Voogt, 2012; Meijer, 2013) Het Vierhuizergat is een stroomgeul die tenminste het afgelopen decennium richting de waterkering is verplaatst (zie 4.1.4). De 'Waterwet schrijft voor dat de primaire waterkering iedere vijf jaar wordt getoetst door de keringbeheerder. In deze toetsing wordt gekeken of de keringen de bij de geldende norm behorende maatgevende hydraulische belastingen kunnen weerstaan. Daarnaast wordt gekeken naar o.a. de hoogte, de stabiliteitmechanismen, de bekledingtypen en de niet-waterkerende objecten (sluizen, gemalen etc.). Dit is voor het eerst gebeurd in 2001 (zie ook Anonymus, 2004), de tweede landelijke dijktoets vond plaats in 2006 en de derde dijktoets volgde in In de 1 e en 2 e dijktoets is het dijktracé nabij Vierhuizergat als goed beoordeeld. De 2 e dijktoets heeft het waterschap het tracé goedgekeurd op basis van bestortingscriterium en signaleringsprofiel. De geulligging bleek geen gevaar voor de veiligheid van de waterkering. Er werd geadviseerd de geul nauwlettend in de gaten te houden en het maatgevende profiel regelmatig te toetsen. Voor het beheergebied van waterschap Noorderzijlvest is de Waddenzeedijk van Lauwersoog tot en met Delfzijl voor het laatst getoetst in 2010 (Anonymus, 2010). In deze 3 e Dijktoets scoorde de dijk nabij Vierhuizergat op 'stabiliteit voorland' onvoldoende vanwege de geulligging. In de technische toetsing kreeg de dijk voor wat betreft de mechanismen afschuiving en zettingsvloeiing de score 'geen oordeel'. Gezien de dichterbij komende geul had toen ingegrepen dienen te worden Situatie 2012 (Vooral naar Voogt, 2012; Meijer, 2013) Uit peilingen bleek dat de situatie sinds 2010 verder was verslechterd (zie 4.1.4). De trend was dat de geul dieper was geworden en het onderwatertalud nog iets steiler. Dit was ook in 2012 nog het geval. Tevens werden toen tijdens eb visueel hoge stroomsnelheden (2 m/s) waargenomen op grond waarvan verdere uitschuring verwacht mocht worden. Het advies van Deltares (Voogt, 2012) gaf aan dat er sprake was van hoge urgentie vanwege grote kans op zettingsvloeiing. Niet alleen de kans op het optreden van een zettingsvloeiing was in de situatie 2012 groot, ook de potentiele gevolgen waren dat. Omdat langs een groot gedeelte van de dijk geen voorland meer aanwezig was, zou bij het optreden van een zettingsvloeiing aanzienlijke schade aan de dijk ontstaan, waarbij de kans op het ontstaan van zodanige schade aan de waterkering dat inundatie van het achterland optrad meer dan 10 procent per jaar bedroeg. In die situatie zou de dijk volledig wegvloeien in de voorliggende geul en zou met het in- en uitlopen van het getij een verdere aantasting van de dijk en ondergrond plaats kunnen vinden, waarbij in theorie een volledig ontwikkeld stroomgat zou kunnen ontstaan beneden NAP 0m van (indicatief) 2500 m 2 (gebaseerd op het potentiele getijdevolume achter de Quick Scan Vierhuizergat 24

31 dijk). Deltares adviseerded om met spoed in te grijpen (zie 4.1.4) hetgeen geschiedde (zie 4.1.5) Na de ingreep (Deels naar Meijer, 2013) De vooroever langs het Vierhuizergat is versterkt tussen km 85,4 en km 86,5. Er zijn detaildwarsprofielen gemaakt van km 85,75 tot km 86,3. Alle dwarsprofielen liggen dus in het versterkte gedeelte. Om aan te geven hoe de huidige ontwikkelingen van de vooroever zijn is voor alleen de vooroever gekeken naar de situatie van januari 2013 (de eerste meting nadat de versterking was voltooid) en de meest recente in dit rapport verwerkte inmeting van september Dit is weergegeven in figuur 4.12 (voor ligging zie figuur.4.10). Het beeld dat hieruit naar voren komt is een vrij beperkte ontwikkeling, waarbij de verdieping weer doorgaat. In een aantal dwarsprofielen is een beweging van de diepere geul in de richting van de dijk te zien (dwp , dwp , dwp en dwp ). Dit is aan beide uiteinden van het versterkte gedeelte. Verder is in een aantal gevallen te zien dat voorbij het diepste punt van de bestorting enige verdieping plaatsvindt, maar deze is beperkt tot zo n 20 à 30 cm (meetfout ca. 10 cm). Dit is te zien in bijvoorbeeld profielen dwp , dwp en dwp Quick Scan Vierhuizergat 25

34 Figuur 4.12 Dwarsprofielen op de vooroever van de dijk. Quick Scan Vierhuizergat 28

35 5 Interpretatie 5.1 Morfologische ontwikkeling Vierhuizergat Interpretatie grootschalige ontwikkeling Op de grootste ontwikkelingsschaal, blijkt dat de ligging van het wantij en daarmee de grootte van het getijdevolume dat door het Vierhuizergat stroomt, wordt bepaald door de aanstroom via de geulen van de zeegaten westelijk (Zoutkamperlaag) en oostelijk ervan (Eilanderbalg en het Zeegat van de Lauwers; figuur 5.1). De effecten van de afsluiting van de Lauwerszee, waarbij het wantij oostwaarts is verplaatst zijn grotendeels uitgewerkt. Wel heeft het resulterende grote getijdevolume geleid tot een ontwikkeling van extra geuldiepte van het Vierhuizergat ten opzichte van de situatie voor de afsluiting. Figuur 5.1 Overzicht van de belangrijkste grooschalige veranderingen in het gebied sinds 1970: onderstreept de al voltrokken veranderingen; gewoon schrift de nog lopende veranderingen; cursief de mogelijke veranderingen. Quick Scan Vierhuizergat 29

36 Figuur 5.2 Verschilkaart over de periode , waarbij de zeer sterke geuldynamiek van het gebied van het zuidoostelijke Zoutkamperlaagsysteem duidelijk blijkt uit de intense rood en blauw kleuren die sterke verondiepi gen, respectievelijk verdiepingen weergeven (data RWS) Interpretatie middenschalige ontwikkeling De wisselwerking tussen de geulen Zoutkamperlaag, Schildknoopen, Groningerbalg en Vierhuizergat is zeer bepalend voor de ontwikkeling van het Vierhuizergat. Verschilkaart figuur 5.2 illustreert deze sterke dynamiek nog eens duidelijk, met opvulling van geulen in rood en verdiepingen in blauw. Dit zijn doorgaande processen die worden gestuurd door zowel de aanstroom vanuit de Zoutkamperlaag als door de onderlinge wisselwerking van de geulsystemen Schildknoopen, Groningerbalg en Vierhuizergat. Daarbij valt op dat van tijd tot tijd sterke en snelle vorming van eb- en vloedscharen optreedt en tussen de verschillende geulen onderlinge overname van delen van het kombergingsgebied plaatsvindt (Bijlage B). De heroriëntatie van de geulbocht van de Zoutkamperlaag direct oostelijk van de haven van Lauwersoog van de Schildknoopen op de Groningerbalg heeft geleid tot het ontstaan van een vloed- en een ebschaar in het Vierhuizergat, met als resultaat de problemen van sterke lokale verdieping langs de dijk. Het dichterbij elkaar komen van de geulen van de Groningerbalg en het Vierhuizergat zou kunnen gaan leiden tot een verbinding die gevolgd kan worden door een overname van een deel van het Vierhuizergat door de Groningerbalg of, iets minder waarschijnlijk, vice versa. Vergelijkbare overnamen zijn in het verleden al vaker gebeurd. Overname van een deel van het Vierhuizergat door Groningerbalg zou kunnen leiden tot een afname in het getijdevolume door het resterende deel van het Vierhuizergat dat langs de dijk ligt en daarmee waarschijnlijk van de dimensies van de geuldoorsnede. Quick Scan Vierhuizergat 30

37 In hoeverre de heterogeniteit van de ondergrond hierbij nog een rol heeft gespeeld is in deze quickscan alleen toetsend beoordeeld. De voorlopige uitkomst is dat dit lokaal een belangrijke rol kan spelen bij de vorming van geulen. Dat laat echter onverlet dat het meanderen en de overname van elkaars drainagegebied, waarbij geulen sterk in dwarsdoorsnede kunnen toenemen het kernprobleem is, waardoor geulen van tijd tot tijd de dijk beïnvloeden Interpretatie kleinschalige ontwikkeling Op een kleinere schaal is het vooral de ontwikkeling van de bocht van het Vierhuizergat die heel bepalend is geweest voor de ontwikkeling van de dijkstabiliteit. Waar te nemen is in figuur 5.3 dat er megaribbels aanwezig zijn in de noordelijke binnenbocht, wat wijst op relatief hoge stroomsnelheden van 0,5-1 m/s en bijbehorende sterke zandtransporten. De zandaanvoer langs de binnenbocht is echter hoger dan de -afvoer waardoor de breedte initieel verkleind wordt. De stroomsnelheden lopen daardoor (en vermoedelijk ook doordat een deel van het ebwater oversteekt naar de tegen de dijk liggende buitenbocht) in de buitenbocht sterk op met -naar visuele schatting- 2 m/s op de piek van de eb. Het dijklichaam en de latere bestorting beperken daarbij de verdere verlegging van de geul in zuidelijke richting. Het gevolg was sterke erosie, die vooral leidde tot verdieping van de geul. De ontwikkelingen zijn weliswaar sterk aan banden gelegd door de bestorting maar gaan nog wel op ongeveer eenzelfde wijze door als voor de ingreep: de geul verdiept noordelijk van de bestorting vooral aan de westzijde en de platen weer zuidelijk daarvan komen nog steeds omhoog. Dit zal vermoedelijk zo blijven voortgaan. Figuur 5.3 vooral ebgeoriënteerde erosiegaten voor de korte strekdammen(gele pijlen) in het Vierhuizergat zoals gelood op Megaribbelvelden aangegeven met witte pijlen. Blauwe kleuren geven grootste diepten weer (beheerloding RWS). Merk op dat daar geen megaribbels aanwezig zijn waarschijnlijk als gevolg van de hoge stroomsnelheden (hiervoor zijn snelheden van meer dan 1 m/s nodig). Naar analogie van erosiekuilvorming rondom andere strekdammen was de erosiekuilvorming voor een deel ook te wijten aan het feit dat in 2005 en 2010 twee korte strekdammen zijn aangelegd. Deze vormen ruwheidselementen die zelf weer stroomversnelling, turbulentie en daarmee uitschuring veroorzaken. Door de geringe lengte van de dammen is erosie vlak onder de dijk opgetreden. Dit zou ook kunnen verklaren waarom na de aanleg van de westelijke strekdam in 2010, er in 2011 een begin van verdieping te zien is die vervolgens in 2012 grote vormen aanneemt, waarbij het diepe gat duidelijk geassocieerd is aan de korte strekdam (figuur 5.3). Quick Scan Vierhuizergat 31

38 Al eerder (1982) zijn er diepe erosiekuilen waar te nemen waar de geulbocht de dijk raakte (Bijlage B). De aanwezigheid van heterogeniteiten in de geologische opbouw ter plekke zou echter in theorie voor eenzelfde patroon hebben kunnen zorgen. Klei en veenlagen kunnen lange tijd blijven staan voordat ze bezwijken. Maar ook in dat geval lijkt de directe aanleiding eerder contractie van debieten door ontmoeting van de geul met een hard object (de dijk), waardoor stroomsnelheden en turbulentie toenamen en erosiekuilen konden ontstaan. 5.2 Dijkveiligheid Bestorte vooroevers De situatie vóór de versterking werd als zeer bedreigend gekenschetst met een geul direct aan de teen van de dijk met een diepte van maximaal NAP -12,5m. en een talud tot 1:1,5. Door de ingreep is het talud verflauwd naar 1:4 en verondiept naar NAP -6m. Dit kan worden uitgedrukt in de kans dat een zettingsvloeiing optreedt. Indien beide situaties worden vergeleken dan is de kans op een zettingsvloeiing volgens de gangbare formules (zie Handreiking zettingsvloeiing 2012) in de versterkte situatie ongeveer een factor 1450 maal kleiner dan in de situatie vóór de ingreep. Indien de situatie vóór de ingreep wordt gekenschetst als mogelijk nog net stabiel, dan kan de situatie na de ingreep als stabiel worden aangemerkt. Volgens de huidige criteria van de VTV zijn bestorte oevers als stabiel aan te merken. In de praktijk betekent dit overigens niet dat er niet meer naar de vooroever gekeken hoeft te worden: de vooroever dient nog steeds te worden gemonitord om te verifiëren dat deze zich in de praktijk gedraagt als verwacht en om te zien of er geen nieuwe erosiegeulen aan de teen ontwikkelen die alsnog een bedreiging voor de stabiliteit kunnen vormen Niet bestorte vooroevers Op nog niet bestorte vooroevers kan de geul de dijk potentieel beinvloeden in haar veiligheid. Momenteel is dit echter nog niet het geval. Quick Scan Vierhuizergat 32

39 6 Voorspelling toekomstig gedrag 6.1 Toekomstige morfologische ontwikkeling Vierhuizergat Introductie Voor de bestorte locatie zijn de stabiliteitsproblemen van de dijk afgewend. Zolang er geen erosie optreedt en ondergraving van de bestorting (wat gezien de dikte van de bestorting niet waarschijnlijk is), is lokaal een veilige situatie aanwezig. Op andere plaatsen kan echter opnieuw een onveilige situatie ontstaan. Oostelijk van de bestorting lijkt, mede gezien de aanzanding in de afgelopen decennia, op korte termijn minder gevaar voor snelle ondermijning van de dijk. De aandacht zou dus vooral moeten uitgaan naar de mogelijkheid dat het Vierhuizergat westwaarts van de bestorting verdiept of dichter onder de dijk komt te liggen. in het verleden. De problemen kunnen veroorzaakt worden door de ontwikkelingen op de grootste -, midden - en kleinste schaal. Hieronder worden deze kort besproken Grootschalig toekomstig gedrag Op de grootste schaal zou het getijvolume alleen kunnen toenemen doordat het wantij van het Vierhuizergat nog verder oostwaarts verplaatst. De configuratie van Eilanderbalg en het Zeegat van de Lauwers verandert momenteel sterk. Dit kan inhouden dat de Eilanderbalg en het Zeegat van de Lauwers een steeds langere weg naar het wantij moeten volgen bij een doorgaande oostwaartse verschuiving. Daardoor zal ook het wantij oostwaarts verschuiven en zal het Vierhuizergat in dimensies toenemen. Een alternatief is dat de Eilanderbalg een kortere weg naar zee vindt (doorsnijden oostpunt Schiermonnikoog), waarbij het wantij juist westwaarts zal verschuiven en de dimensies van Vierhuizergat juist kunnen afnemen (zeker is dit niet omdat ook het oostwaarts verschuivende Zeegat van de Lauwers hierbij ook een rol speelt). Er is weinig te zeggen van de snelheid waarmee dit soort ontwikkelingen kunnen optreden, omdat het gaat om een combinatie van verschuivende zeegaten (met snelheden tot 40 m/jr) en plotselinge ontwikkelingen, zoals kortsluitgeulen, waarvan de vorming bijvoorbeeld door stormvloeden kan worden getriggerd Middenschalig toekomstig gedrag Op de middenschaal zou de diepte van het Vierhuizergat kunnen toenemen door overname van een deel van het Groningerbalg-getijdevolume. Dit zou kunnen gebeuren indien een ebof vloedschaar vormt tussen Vierhuizergat en Groningerbalg waarbij een deel van het Groningerbalg geulensysteem onderdeel wordt van het Vierhuizergat (figuur 6.1). Dit behoort zeker tot de mogelijkheden gezien het dichter bij elkaar komen van beide geulsystemen. Gelet op de huidige configuratie is meer waarschijnlijk het omgekeerde: een overname van een deel van het Vierhuizergat door de Groningerbalg (figuur. 6.1), waarbij de dimensies van het Vierhuizergat afnemen. Een aandachtspunt hierbij is dat deze processen relatief snel kunnen verlopen. Uit de vaklodingen (vgl en 1982) blijkt dat dergelijke kortsluitgeulen binnen een periode van 3 jaar kunnen vormen. Bedacht moet worden dat dergelijke ontwikkelingen mede getriggerd kunnen worden als de wantijen weer gaan schuiven (dus een duwtje kunnen krijgen door grootschalige ontwikkelingen). Een manier om het proces in een gewenste richting te sturen is via morfologisch baggeren, waarbij overname van een deel van het Vierhuizergat door de Groningerbalg wordt gestimuleerd, opdat zodoende de resterende geul minder bedreigend is voor de dijk. Zie verder in hoofdstuk 7. Quick Scan Vierhuizergat 33

40 Het dichterbij elkaar komen van de zuidelijke geulen van de Groningerbalg en de noordelijke geulbochten van het Vierhuizergat, kan ook een heel nieuwe ontwikkeling van beide systemen inluiden, met hernieuwde verlegging en verdieping van de geulen welke richting de dijk lopen. Vooralsnog zou de primaire aandacht moeten liggen op het deel westwaarts van de bestorting waar de geul al dicht onderdijks ligt. Niet uit te sluiten is dat op nog langere termijn ook weer oostelijk van de bestorting nieuwe geuldynamiek zorgt voor verdieping voor de dijk. Wel moet opgemerkt worden dat daar lange strekdammen liggen die verdieping direct voor de dijk bemoeilijken. De dammen kunnen echter wel leiden tot stroomcontractie en daarmee erosie rondom de koppen van de dammen. Dit vraagt om oplettendheid, waarbij het gedrag van de geulen oostwaarts van de bestorting uitgebreider wordt gemonitored indien de ontwikkelingen daar aanleiding toe geven. Figuur 6.1 Denkbeeldige overname door het Vierhuizergat van een deel van de geulen van de Groningerbalg, ingetekend in wit op de kaart van Merk op dat de geulen deels onder een grotere hoek invallen op de vast landskust en naar analogie van de eerdere situatie- kunnen leiden tot erosie langs de dijk. Ook zal deze nieuwe geul naar verwachting een grotere natte dwarsdoorsnede hebben. Een meer waarschijnlijke ontwikkeling is de overname van een deel van het Vierhuizergat door de Groningerbalg; hier weergegeven in blauw. In dit geval zou de dwarsdoorsnede van de resterende Vierhuizergat vermoedelijk afnemen door een afname in getijvolume Kleinschalig toekomstig gedrag Op een nog kleinere schaal kan ook de ontwikkeling van de geulbocht een belangrijke rol gaan spelen: wordt de bocht te scherp of de geul te nauw, dan kan verdieping en dijkwaartse erosie optreden in de buitenbocht. Verdieping treedt momenteel al op. Ter hoogte van de bestorting zal dit vooralsnog niet tot grote problemen leiden omdat deze vrij robuust is uitgevoerd. Meer westwaarts valt hernieuwde ondermijning van de dijk niet uit te sluiten. Dit mag tevens verwacht worden op de trendmatige westwaartse verplaatsing van de geulbocht Daarnaast bestaat de mogelijkheid dat lokaal verdieping ook in de toekomst veroorzaakt kan worden door heterogeniteiten in de ondergrond, waarbij een deel van de ondergrond weerstand biedt tegen erosie wat de stroomsnelheden opjaagt en de meer erosiegevoelige delen uitschuurt. De waarnemingen dat hoogstwaarschijnlijk de zeer korte strekdammen tot turbulentie en daardoor tot uitschuringsgaten vlak voor de dijk hebben geleid maken duidelijk dat deze averechts hebben gewerkt. Bij uitvoering van toekomstige harde werken zou er meer dan tot nog toe het geval is geweest naar moeten worden gestreefd om deze elementen zo glad mogelijk Quick Scan Vierhuizergat 34

41 uit te voeren opdat er geen extra ruwheden ontstaan (zoals bulten gestorte steen) die in extra erosie resulteren. Er is bij de bestorting van het Vierhuizergat overigens veel aandacht besteed om de bestorting zo glad mogelijk te plaatsen. Voorts dient vermeden te worden dat strekdammen te kort zijn waardoor erosie het dijkprofiel aan kan tasten. In het algemeen zou het verstandig zijn om stroomsnelheidsberekeningen uit te voeren om te kijken wat de effecten zijn overal waar harde werken worden gepland in een overigens overwegend zachte omgeving. Op grond daarvan zou kunnen worden beoordeeld of het dijkprofiel zou kunnen versteilen. Het zou kunnen worden overwogen om een model-instrumentarium klaar te hebben staan om dergelijke sommen snel te draaien. Dit met het oog op het vaak spoedeisende karakter van dergelijke harde maatregelen. 6.2 Dijkveiligheid Bestorte vooroevers De huidige situatie voor het bestorte gedeelte wordt aangemerkt als stabiel. Zoals boven echter al aangegeven is moet rekening gehouden worden met mogelijke veranderingen in de dimensies van het systeem en/of met verplaatsingen van de plaatsen waar verticale of horizontale erosie kan optreden Niet bestorte vooroevers Op nog niet bestorte vooroevers kan de geul de dijk potentieel beinvloeden in haar veiligheid. Als in de toekomst de ligging of diepte van het Vierhuizergat ten gevolge van de groot- midden- of kleinschalige ontwikkeling weer verandert kunnen op andere plaatsen erosiekuilen ontstaan. Aangeraden wordt om goed te letten op de sector westelijk van de bestorting, gezien de verdieping die voor de westkant van de bestorting optreedt. Quick Scan Vierhuizergat 35

43 7 Aanbevelingen voor toekomstig beheer 7.1 Algemeen Het dicht onderdijks komen van geulen is een generiek probleem dat zich op meer plaatsen voordoet. Elke situatie kent echter ook zijn specifieke bijzonderheden en bijbehorende oplossingen. Daarom is hier getracht om onderscheid te maken tussen generieke aanbevelingen voor toekomstig beheer en meer specifieke voor de situatie van het Vierhuizergat. 7.2 Morfologie Inleiding Omdat deze lokale ondermijningsproblematiek veroorzaakt kan worden door ontwikkelingen op diverse schalen zullen in de onderstaande paragrafen per schaal aanbevelingen worden gegeven voor toekomstig beheer. Bijzondere aandacht wordt geschonken aan de mogelijkheid om een pilotstudie uit te voeren voor Groningerbalg/Vierhuizergat onder Grootschalige dynamiek Zoals in hoofdstuk 5 en 6 is aangegeven is de grootschalige ontwikkeling bepalend voor de ligging van het wantij van het Vierhuizergat en daarmee voor het getijvolume en de diepte van de geul. Momenteel zijn het vooral het gebied van Eilanderbalg (met een mogelijke doorbraak van Oost-Schiermonnikoog) en het gebied van het Zeegat van de Lauwers (waar een overname van een deel van de Eilanderbalg lijkt plaats te vinden) die sterk veranderen en daarmee van invloed kunnen zijn op het getijvolume van het Vierhuizergat. Om een beeld te vormen van de mogelijke implicaties van de veranderingen voor het getijvolume van het Vierhuizergat zou een verkennende studie naar de meest waarschijnlijke eindsituaties kunnen worden overwogen. Hierbij kan dan gekeken worden voor de bijbehorende morfologische toestanden naar de getijbewegingen in het gebied en de ligging van het hydraulisch wantij. Om te kijken hoe het gebied daadwerkelijk ontwikkelt is het qua monitoring voldoende om de 3 jaarlijkse vaklodingen van de buitendeltas en de 6 jaarlijkse wadden-vaklodingen te blijven uitvoeren. Dit zou aangevuld kunnen worden met de jaarlijkse kustlidar-opnamen die dan zouden kunnen worden uitgebreid over het gehele oppervlak van Oost-Schiermonnikoog, Simonszand en Rottumerplaat. Zo kunnen vroegtijdig veranderingen in de geulconfiguratie en zeegatposities worden bepaald, waarna een meer gedetailleerd volgen van problematische ontwikkelingen kan volgen. De kanttekening is wel dat het voorspellen en monitoren van de grootschalige ontwikkeling vooral beschouwd dient te worden als een early-warning system om na te gaan of er iets structureels verandert in het systeem wat repercussies kan hebben voor het Vierhuizergat. De schaal waarop de ontwikkelingen plaats vinden is zodanig groot dat er weinig tot niets aan te doen valt behalve het constateren van de ontwikkelingen en alert zijn op de gevolgen voor het Vierhuizergat Dynamiek op de middenschaal Op de middenschaal is de interactie tussen de Groningerbalg en het Vierhuizergat van groot belang. Aanbevolen wordt om te komen tot een jaarlijkse multibeambeheerloding die de beide geulsystemen omvat. De maandelijkse lokale lodingen van het bestortingsgebied zoals die nu worden uitgevoerd zouden dan 1x per jaar worden uitgebreid met metingen van beide systemen. Quick Scan Vierhuizergat 37

44 Dit is ook de schaal waarop morfologisch gezien mogelijk zou kunnen worden ingegrepen, om te voorkomen dat een bedreigende situatie ontstaat. Immers: op de grote schaal van zeegaten is niet/nauwelijks in te grijpen en op de kleine schaal van de geul zelf moet al snel worden overgegaan op bestortingen. Omdat nabij dijken gelegen geulen een generiek probleem (kunnen) zijn in zowel het Waddengebied (Vlieland in het verleden meerdere malen (o.m., Anonymus, 2008); Ameland west-kop; Afsluitdijk en Zurich, Vierhuizergat) als in Zeeland (Oosterschelde), wordt aanbevolen te overwegen om hier een pilot uit te voeren om na te gaan in hoeverre en hoe geulverlegging (morfologisch baggeren) een optie is (dit is ook een aanbeveling van het Deltaprogramma Waddengebied; Oost et al., 2014). De situatie leent zich daar goed voor. Enerzijds omdat een nieuw veiligheidsprobleem kan gaan optreden door het onderling naderen van Groningerbalg en Vierhuizergat. Daardoor kan er op termijn een verandering optreden waarbij ofwel een deel van het Vierhuizergatstroomgebied bij de Groningerbalg wordt getrokken ofwel omgekeerd (zie figuur 6.1). Het eerste is een wenselijke situatie (mits de resterende Vierhuizergat-geulen geen extra overlast veroorzaken); het tweede een onwenselijke. De gewenste situatie zou in principe door de mens gestuurd kunnen worden. Anderzijds omdat de situatie momenteel niet acuut is en er dus tijd is om een pilot grondig voor te bereiden en uit te voeren. Hierbij wordt aanbevolen om met behulp van modelsimulaties na te gaan of een ingreep werkt en, indien zo, wat de best mogelijke ingreep is. Een pilot zou tot doel hebben om te leren of en hoe morfologisch baggeren uitgevoerd kan worden en wat de implicaties en verbeterpunten kunnen zijn. Dit zal ook generiek veel waarde hebben voor het beheer van dit soort litorale gebieden en ter zekerstelling van de dijkveiligheid. Het Deltaprogramma Waddengebied heeft geconstateerd dat dit ook een belangrijke pilot zou kunnen zijn (e.e.a. afhankelijk van de precieze maatregel) voor generieke kennisontwikkeling over geulgedrag nabij dijken (Oost et al., 2014). Hierbij zouden aandachtspunten kunnen zijn: Samenwerking RWS en Waterschap op dit snijvlak van hun beheergebieden; Leerspoor juridische implicaties en haalbaarheid; Haalbaarheidsonderzoek aanleg (kan dit wel aangelegd worden?); Opzet en uitvoering monitoring (stroomsnelheden, golfwerking, sedimenttransport, bathymetrie, etc.), wat weer bijdraagt aan het ontwikkelen van een generiek operationeel morfologisch model voor dit soort situaties; Praktische uitvoering; Natuurverstoring Dynamiek op de kleine schaal Het verdient aanbeveling om de ontwikkeling van het Vierhuizergat ter hoogte van de bestorting en westelijk ervan te volgen met regelmatige beheerlodingen (zie verder 7.3). Verder wordt op grond van de heterogeniteit van de ondergrond (boringen van TNO in DINO) aanbevolen om te verkennen of nader onderzoek naar de bodemopbouw zin heeft. Met name voor het gebied westelijk van de bestortingen, waar kans bestaat op stroomcontractie zou dit kunnen helpen om te beoordelen of rekening moet worden gehouden met plotselinge verdiepingen als gevolg van verschillen in erosiegevoeligheid van de bodem. Indien de heterogeniteit van de bodemopbouw beter bekend is kunnen de faalkansrisico s beter worden ingeschat. Bij de verkenning zou wel overwogen moeten worden of de kosten opwegen tegen de baten. Door de ondiepe zee is seismiek moeilijk en zullen boringen duur zijn. Een mogelijkheid is om een zo precies mogelijk beeld te vormen op grond van boringen die beschikbaar zijn. De vraag is wel wat de meerwaarde hiervan is: alleen vlak bij de dijken zou dergelijk Quick Scan Vierhuizergat 38

45 inzicht van belang kunnen zijn om op plotselinge toenames in waterdiepte te kunnen anticiperen. 7.3 Dijkveiligheid Inleiding Voor zowel de bestorte vooroever bij het Vierhuizergat als de onbestorte vooroevers worden hieronder aanbevelingen gedaan om de situatie te monitoren en te toetsen aan waarschuwingscriteria om te voorkomen dat een situatie uit kan groeien tot een noodsituatie. Dit veronderstelt wel dat gegevens van de waterkeringen gekoppeld kunnen worden aan inmetingen van de vooroever. Als dit op een goede manier gekoppeld is, dan is het programmeren van routines die taludhellingen berekenen en taludhoogtes bepalen en de toetsing aan bewakingscriteria niet moeilijk. De aanbeveling is daarom om hiervoor een pilot te gaan doen waarin getest kan worden hoe dit voor de Groningse kust (met uiteraard een spin off naar de rest van Nederland) tot een optimale beheerstrategie kan leiden Bestorte vooroevers De huidige situatie wordt aangemerkt als stabiel, maar het verdient aanbeveling in de gaten te houden dat er niet alsnog een verslechtering in de stabiliteit van de vooroever optreedt. Aanbevolen wordt om hiervoor twee zaken te monitoren: - Het ingemeten profiel van januari 2013 en de revisietekeningen (de peilingen van de bodem na voltooiing van het werk) geven aan waar de huidige bestorting is aangebracht. Indien toekomstige peilingen aangeven dat deze lijn wordt doorschreden dan is dat alarmerend; - Voorbij het diepste punt van de bestorting kan erosie optreden. Aangezien er toch sprake is van een geul dicht onder de waterkering wordt voorgesteld strenge grenzen aan de toelaatbare erosie te stellen. De suggestie is om als waarschuwingscriterium hiervoor een ontgronding dieper dan 5 meter met een taludhelling (aanzethelling) steiler dan 1:5. Op het moment dat dit criterium wordt overschreden is er nog de gelegenheid om diverse opties voor ingrijpen (harde maatregel, zachte maatregel) af te wegen. In Zeeland is ook een interventiecriterium of bestortingscriterium van een talud steiler dan 1:3 over een hoogte van 5 meter of meer gebruikelijk. Indien dit criterium wordt overschreden dan zou de taludhelling bestort moeten worden. Als geconstateerd wordt dat de ontwikkelingen niet te snel verlopen kunnen de maandelijkse lodingen worden beperkt Niet bestorte vooroevers De situatie met een bestorte vooroever bij het Vierhuizergat is in feite een bijzondere situatie. Het is beter om een bewakingssysteem, met daaraan gekoppelde criteria te hanteren waarmee eerder kan worden gehandeld en dit soort uitzonderlijke situaties kunnen worden voorkomen. Hiervoor zijn een aantal mogelijkheden beschikbaar die in theorie redelijk eenvoudig zijn te implementeren. De meest eenvoudige manier is af te leiden uit de eenvoudige toetsing op zettingsvloeiing van het Voorschrift Toetsen op Veiligheid Primaire Waterkeringen. Trek uitgaande van de teen van de stortsteen aan de buitenzijde van de dijk een lijn onder een helling van 1:15 zeewaarts. Indien de geometrie van de vooroever dusdanig is dat de bovenste helft van de geul deze lijn niet doorsnijdt dan is er geen gevaar voor de waterkering. Wordt de lijn echter wel doorsneden dan is dat in ieder geval een teken om waakzaam te worden. In de VTV is dit verder toegelicht. Quick Scan Vierhuizergat 39

46 Indien volgens de globale toetsing niet tot goedkeuring wordt gekomen kan de methode volgens de gedetailleerde toetsing worden toegepast. Waar er in de globale toetsing feitelijk van uitgegaan wordt dat de kans op een zettingsvloeiing 100 % is (er wordt alleen gekeken wat er gebeurt als er een vloeiing optreedt), kan er ook gekeken worden naar het product van de kans op een zettingsvloeiing en de kans dat als gevolg van een zettingsvloeiing de waterkering wordt beschadigd: P zv *P inscharing groter dan voorlandlengte >P toelaatbaar De waarde voor de toelaatbare kans P toelaatbaar kan volgens de vigerende veiligheidsfilosofie afgeleid worden van de dijkringnorm. De meest geavanceerde methode gaat uit van de kans dat een zettingsvloeiing niet alleen leidt tot schade aan de waterkering maar ook daadwerkelijk leidt tot inundatie. Dit gaat (vooruitlopend op het WTI 2017) richting inundatiekansen. Gekeken wordt, in aanvulling op de gedetailleerde analyse, naar de kans dat er een waterstand optreedt die groter is dan de restkruinhoogte van de dijk na het optreden van een vloeiing vóórdat de waterkering is hersteld. Om de boven beschreven methoden voor bestorte als onbestorte oevers inzichtelijk te maken en bovendien aandacht te schenken aan de morfodynamiek van de geulen zou een BKLachtige methode kunnen worden opgezet waarbij de geulbewegingsrichting, de geuldiepteontwikkeling en de indicatoren voor een stabiele dijk inzichtelijk in kaart worden gebracht voor alle stakeholders. Voor een eerste aanzet tot een nadere discussie wordt verwezen naar de MOLK-aanpak (Bijlage A) en De Ronde et al., 2014 (Bijlage D). In principe zou een voorland moeten worden gedefinieerd dat zodanig is dat een snel migrerende of verdiepende geul die bedreigend is voor de dijkveiligheid, bijtijds wordt opgemerkt en nog kan worden ingegrepen zonder dat de dijkveiligheid in gedrang komt. Het hanteren van een dergelijk concept zou naar alle waarschijnlijkheid inhouden dat over een grotere zone loodrecht uit de dijk moet kunnen worden ingegrepen dan tot nog toe het geval is. Aangezien het hier een optimalisatie van dijkbeheer betreft zou kunnen worden overwogen om de ontwikkeling hiervan in het kader van NHWBP op te pakken. Een andere terugvalmogelijkheid is om sensoren in de dijk te plaatsen die waarnemen of en in hoeverre de dijk in beweging komt. Dit zijn echter in situaties die voorkomen moeten worden, maar zijn wellicht wel van belang voor gebieden waar dijkval frequent is opgetreden in het verleden (Zeeland, Vlieland). Bij het Vierhuizergat bewoog de dijk op het getij, hetgeen eindigde na bestorting. Het plaatsen van sesnoren op en in de dijk zou die bewegingen realtime kunnen registreren. Quick Scan Vierhuizergat 40

47 8 Conclusies De morfodynamiek van het Vierhuizergat worden door ontwikkelingen op verschillende ruimte- en tijdschalen gestuurd. Op de grootste schaal gaat het om de ligging van het wantij: verschuift deze westwaarts dan verkleinen de dimensies van het Vierhuizergat, terwijl bij oostwaartse verschuiving de dimensies doet toenemen. De positie van het wantij is sterk oostelijk verschoven als reactie op de afsluiting van het Lauwerszee. In de toekomst zullen de ontwikkelingen van de Eilanderbalg en het Zeegat van de Lauwers het meest bepalend zijn voor de ligging van het wantij. Op het ogenblik is onduidelijk in welke richting het wantij zal verschuiven. Op de middenschaal is het vooral het dichter bij elkaar komen van Groningerbalg en Vierhuizergat en de overname van delen van het getijdeareaal (en volume) die bepalend is voor de dimensies van het Vierhuizergat. Momenteel komen de twee systemen geleidelijk dichter bij elkaar in de buurt. Het meest waarschijnlijke is dat de Groningerbalg een deel overneemt van het Vierhuizergatsysteem. Aanbevolen wordt om te overwegen om middels morfologisch baggeren deze overname te sturen. Een dergelijke ingreep zou tevens een pilot kunnen zijn voor het oplossen van vergelijkbare problemen elders. Op de kleinste schaal is het met name de ontwikkeling van het Vierhuizergat zelf die bepalend is. In 2012 was er sprake van een gevaarlijke situatie doordat de geul Vierhuizergat de Lauwersmeerdijk dicht was genaderd en zich lokaal sterk had verdiept. Er zijn meerdere oorzaken voor de verdieping aan te wijzen: Ten eerste is er door een verandering in de oriëntatie van de Zoutkamperlaag het Vierhuizergat ontwikkeld tot een aparte vloedschaar en ebschaar. Waar deze scharen elkaar ontmoeten trad vanaf 1987 regelmatig verdieping op. Ook is er op dat punt sprake van bochtwerking waarbij in de binnenbocht sterke aanzanding optreedt en aan de buitenbocht (zuidzijde) erosie in de richting van de dijk. Eenmaal bij de dijk aangekomen in 2004 begon de geul zich te verdiepen en te versteilen aan de voet van de dijk. Ten tweede zijn er, in reactie op de geulverschuiving, korte strekdammen aangelegd. Deze korte dammen hebben tot stroomcontractie en versterking van de verdieping geleid. Geadviseerd wordt om voortaan strekdammen lang genoeg te maken om dit soort effecten dicht onderdijks te voorkomen. Een derde mogelijke bijdrage aan de verdieping kunnen heterogeniteiten in de ondergrond zijn geweest. Deze kunnen hebben bijgedragen tot het verergeren van de problematiek. Overwogen zou kunnen worden om in meer detail de opbouw van de ondergrond in kaart te brengen. Daarbij zou wel moeten worden gekeken of de kosten opwegen tegen de baten. Vooralsnog heeft de bestorting van 2012 de lokale problemen opgelost. Gebaseerd op de verdiepingen van de profielen noordwaarts van het westelijke deel van de bestorting moet op termijn rekening gehouden worden met hernieuwde problemen aldaar en ook westelijk ervan bij het onbestorte deel van de vooroever. Ook de grootschalige en de ontwikkelingen op de middenschaal zouden opnieuw kunnen leiden tot problemen voor de dijk. Aanbevolen wordt om een gestandariseerde manier te ontwikkelen om de vooroeverontwikkelingen te evalueren. Dit zou vrij gemakkelijk kunnen worden ontwikkeld op basis van stabiliteitsindicatoren en het geulgedrag. Een aantal voorzetten hiervoor worden gegeven in deze quickscan. Quick Scan Vierhuizergat 41

49 9 Equation Section (Next)Literatuur Anonymus, 2004: Eindrapport 'Veiligheidstoets Groninger Zeedijk' Hoofdrapport Geotechniek, Bekledingen,Kunstwerken en Leidingen. Anonymus, 2008: Rapport Evaluatie aanbrengen bestorting onderwaterbeloop Waddendijk Vlieland. Anonymus, 2010: Veiligheidstoetsing Waddenzeedijk, primaire waterkeringen dijkringgebied 6, beheerd door Noorderzijlvest. Biegel, E. & P. Hoekstra, 1995: Morphological response characteristics of the Zoutkamperlaag Inlet, Friesian Inlet, The Netherlands to a sudden basin area reduction. International Association of Sedimentologists. Special Publication 24: de Groot, A.V., 2002: Kustlijnhandhaving Onrustpolder. Evaluatie van de effecten van morfologisch baggeren enstrandsuppleties. Stageverslag Fysische Geografie, Universiteit Utrecht: Rijkswaterstaat Directie Zeeland Afdeling Morfologie Watersystemen Middelburg. Meijer, K.H.R., 2013: Evaluatie dijkversterking Vierhuizer gat. Waterschap Noorderzijlvest. Evaluatierapport Waterschap Noorderzijlvest, 23 pp. Oost, A.P., 1995: Dynamics and sedimentary development of the Dutch Wadden Sea with emphasis on the Frisian Inlet; a study of the barrier islands, ebb-tidal deltas and drainage basins. PhD-Thesis, Utrecht, Geologica Ultraiectina, 126, 518 pp. Oost, A.P., T. Vermaas, A., Bruens, 2013: Beheerregister Schiermonnikoog; Feiten & cijfers ter ondersteuning van de jaarlijkse toetsing van de kustlijn. 35 pp. A.P. Oost, Z.B. Wang, A.V. de Groot, L.A. van Duren, L. van der Valk, 2014: Preparing for climate change: a research framework on the sediment-sharing systems of the Dutch, German and Danish Wadden Sea for the development of an adaptive strategy for flood safety. Rapport , Deltares. Poortman, S., 2010: Morfologische ontwikkelingen vooroever Lauwerszeedijk. Roelse, P., 1991: Verkenning alternatieve kustverdedigingsmethoden Onrustpolder.Conceptnotitie GWWS september Ronde, de J., P. van Geer, M. Boers, R. McCall, 2014: BKLx De uitwerking van een methode om met behulp van kustonderhoud de waterveiligheid te stimuleren voor vier locaties. Rapport Deltares. Quick Scan Vierhuizergat 43

50 Van Heteren, S. & A.J.F. van der Spek, 2003: Long-term evolution of a small estuary: the Lauwerszee (northern Netherlands). TNO-NITG, report A. Van Veen, J., Onderzoekingen in den Hoofden in verband met de gesteldheid des Nederlandse kust. Thesis, Leiden University, Den Haag. Voogt, L., 2012: Notitie 'Risico instabiliteit Vierhuizergat', Deltares d.d. 11 september Vos P.C., 1992:Paleogeografische reconstructie van het Lauwersmeergebied. Rijks Geologische Dienst Distrikt Noord, Oosterwolde, 22 pp. Quick Scan Vierhuizergat 44

51 A BKL en berekening van momentane kustlijn (MKL) en momentane oeverlijn kust (MOLK) (De Groot, 2010) De basiskustlijn (BKL) is vastgesteld in 1990 en is afgeleid uit de ligging van de kustlijn tussen 1980 en De kustlijn dient op deze plaats gehouden te worden. Dit gebeurt door middel van dynamisch handhaven. Door jaarlijkse toetsing wordt bepaald of deze norm wordt overschreden. Als dit het geval is, wordt meestal door middel van zandsuppleties het strandweer uitgebreid, waarbij de zandsuppletie als slijtlaag dient. De BKL ligt op de meeste plaatsen ongeveer op de gemiddeld laagwaterlijn. De noodzaak tot ingrijpen wordt bepaald aan de hand van het berekenen van de momentane kustlijn, de MKL. De MKL is een maat voor de ligging van de kustlijn die gebaseerd is op de zandinhoud van het strand. Tussen een boven- en een ondergrens (op Noord-Beveland zijn dat bijv. NAP +3 m en NAP 5.9 m) wordt de inhoud van het profiel bepaald. Deze inhoud wordt gedeeld door het hoogteverschil tussen onder- en bovengrens, waardoor een afstand ontstaat A/h. De resulterende afstand vanaf de doorsnijding van de bovengrens van het profiel is de MKL. Het doel van de berekening van de MKL is een kustlijn te definiëren die niet afhankelijk is van de opgetreden waterstanden, maar die is gebaseerd op de zandinhoud van het strand. De berekening wordt gebaseerd op de jaarlijkse kustmeting, het JARKUSbestand, waarbij raaien van duin tot circa 800 m in zee worden ingemeten. De raaimetingen zijn opgehangen aan de hoofdraai (of de rijksstrandpalenlijn): een rechte lijn ruwweg evenwijdig aan de kust. Voor de MOLK (Momentane Oever Lijn Kust) kan een vergelijkbare methode gebruikt die het zwaartepunt van de geulwand bepaalt. De bovengrens is altijd NAP 5 m, de ondergrens is NAP 15 m, of hoger als de geul ondieper is. Op deze wijze kan bepaald worden of de geul dichterbij komt en met welke snelheid. Ook zou de mate van dieper worden kunnen worden geregistreerd. De snelheid van migratie en de waargenomen verdieping moeten inzicht geven of en wanneer het waarschuwingscriterium voor een ontgronding dieper dan 5 meter met een taludhelling (aanzethelling) steiler dan 1:5 zou ontstaan. De bijbehorende BOLK (Basis Oever Lijn Kust) zou zodanig moeten zijn dat men nog een bepaald aantal jaren ter beschikking heeft om de benodigde maatregelen uit te voeren bij overschrijding. Overigens hoeft een benodigde maatregel niet persé een suppletie in te houden. Uitgaande van het adagio zacht waar het kan, hard waar het moet, zou ook gekozen kunnen worden voor een geulverlegging (morfologisch baggeren) of een geulwandbestorting. Aanbevolen wordt, indien gekozen wordt voor een MOLK-benadering, om: - De diverse benaderingen die ter beschikking staan (zie ook Bijlage D) in kaart te brengen en voor en tegens op een overzichtelijke wijze in kaart te brengen. - De diverse praktijkgevallen uit het Zeeuwse en Waddengebied op een rijtje te zetten. - De voor en tegens van een MOLK-achtige benadering nader in kaart te brengen; daarbij moet ook gedacht worden aan zaken als achterloopsheid indien men ingrijpt met een zandsuppletie. - Een groep deskundigen uit theorie en praktijk bij elkaar te brengen om op grond van de een praktische definitie en werkwijze te definiëren. - Een aantal historische metingen te gebruiken als testcase. - Quick Scan Vierhuizergat 45

52 Figuur A.1 Schematische ontwikkeling MOLK positie (getrokken lijnen) en MKL positie (gestippelde lijnen). Dezwarte lijnen geven een indicatie van de morfologische ontwikkeling voor een scenario met strandsuppleties maar zonder geulwandsuppleties en de rode lijnen voor een scenario waarbij de kust onderhouden wordt middels een combinatie van strand- en geulwandsuppleties Quick Scan Vierhuizergat 46

53 B Overzicht van de vaklodingen Quick Scan Vierhuizergat 47

66 C Beheerlodingen Vierhuizergat Quick Scan Vierhuizergat 60

83 D Rapport de Ronde et al., 2014 Quick Scan Vierhuizergat 77

84 BKLx De uitwerking van een methode om met behulp van kustonderhoud de waterveiligheid te stimuleren voor vier locaties

85

86 BKLx De uitwerking van een methode om met behulp van kustonderhoud de waterveiligheid te stimuleren voor vier locaties John de Ronde Pieter van Geer Marien Boers Robert McCall Deltares, 2014, B

87

88 Deltares Titel BKLx Opdrachtgever Rijkswaterstaat Project Kenmerk Pagina's VEB Trefwoorden kust, kustlijnzorg, veiligheid, harde zeewering, basiskustlijn, BKL, MKL. Samenvatting In het Nationaal Waterplan (2009) is opgenomen dat voor harde zeeweringen een 'norm gelijkend op die van de basiskustlijn' (hierna aangeduid met werknaam 'BKLx') ontwikkeld zal worden. Het betreft zeeweringen die in of nabij het kustfundament liggen, dus geen zeeweringen in de Waddenzee, Oester- en Westerscheide. De reden voor de ontwikkeling van een BKLx is tweeledig. Ten eerste kan het van belang zijn om ook voor de harde zeeweringen eventuele structurele erosie te compenseren. Immers indien voor een harde zeewering op langere termijn structurele erosie optreedt, kan dat uiteindelijk de sterkte van de harde zeewering negatief beïnvloeden. Ten tweede kan het van belang zijn om het zandvolume voor een harde zeewering in stand te houden omdat dit zandvolume van invloed is op de maatgevende golfbelasting die de zeewering moet kunnen weerstaan volgens de Waterwet. Uit de studie volgt: Als maat om de veiligheidsbijdrage van de vooroever weer te geven en te toetsen kan de "normale" BKL waarde (zoals gehanteerd binnen kustlijnzorg) gehanteerd worden. Handhaving van de BKL leidt dan binnen een zekere marge tot handhaving van de veiligheidsbijdrage van de vooroever. De BKL is geen vervanging van de huidige veiligheidstoets, het is daaraan welondersteunend. Er zijn weinig zeeweringen waar het instellen van een BKL op termijn het faalmechanisme golfoverslag kan voorkomen. Alleen voor de harde zeeweringen aan de achterzijde van de Waddeneilanden en op niet te grote afstand van de geulen is het instellen van een BKL mogelijk nuttig, dit vraagt echter wel om een nadere kostenafweging. Voor bekledingen kan een BKLx mogelijk nuttig zijn. Echter dat vraagt aanvullend werk. Mogelijk kan een zandige vooroever en handhaving daarvan met de BKL systematiek de toekomstige veiligheidsproblemen bij de Brouwersdam en de Veersegat dam voorkomen of uitstellen. Aanbevolen wordt om voor de Brouwersdam en de Veersegat dam (veiligheidsproblemen bekleding) en voor de harde keringen op de Waddeneilanden aan de Waddenzeezijde nabij de geulen verder na te gaan of een BKL zinvol is om de veiligheidsbijdrage van de vooroever te handhaven. Het gaat dan in eerste instantie om het uitwerken wat de veiligheids bijdrage van de vooroever is. Als deze significant is kan er een BKL vastgesteld worden die de juiste ligging van de vooroever garandeert. Het uitwerken van deze stap is niet gedaan in dit onderzoek. Voor een eventuele vaststelling is dat wel nodig. Versie Datum Auteur V8 feb.2014 John de Ronde Status definitief Pieter van Geer Marien Boers Robert McCall Joost Stronkhorst BKLx

89

90 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Inhoud 1 Inleiding Eerdere verkenning BKLx locaties in Vraagstelling Leeswijzer 2 2 Expert sessie 3 3 BKLx Onderzoek naar de invloed van een voorland op de veiligheid van een dijk door DP Wadden Aanpak BKLx Conceptuele berekeningen Conclusie vanuit de schematische berekeningen Uitwerking Hondsbossche en Pettemer zeewering Inleiding Locatiekeuze Relatie tussen ontwikkeling MKL en overslagdebiet aan de hand van gemeten profielen Conclusies op basis van de berekeningen bij de Hondsbossche en Pettemer zeewering 21 5 Uitwerking Westkapelle 23 6 Uitwerking Brouwersdam 27 7 Uitwerking Ameland 33 8 Discussie, conclusies en aanbevelingen Discussie Opmerkelijke resultaten met betrekking tot golfopzet en laagfrequente golfenergie Potentiële locaties voor een BKLx Beantwoording vragen uit H Conclusies Aanbevelingen 41 9 Literatuur 43 Bijlage(n) A Verslag expertsessie BKLx 10 juni 2013 A-1 BKLx i

91

92 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 1 Inleiding In de 1e Kustnota (1990) werd voor het eerst structureel beleid geformuleerd voor het omgaan met de erosieproblematiek van de zandige delen van het kustsysteem. Er werd in deze nota gekozen voor duurzaam handhaven van de veiligheid en duurzaam behoud van de functies en waarden in het duingebied. De strategie (of afgeleid doel) is de kustlijn tenminste te handhaven op de plaats waar die in 1990 lag. Door deze strategie wordt aan een basisvoorwaarde voor bescherming tegen overstroming en het behoud van andere functies van de kust voldaan. Om tegelijkertijd recht te doen aan het natuurlijk dynamisch karakter van de kust is dit beleid vervat in de term dynamisch handhaven. Hieronder wordt het toelaten van natuurlijke processen verstaan, bijvoorbeeld verstuiving en sluftervorming. Als methode voor het effectueren van het duurzaam handhaven werd de basiskustlijn (BKL) ingesteld. De BKL is vastgesteld op het grootste deel van de zandige kust. Er werd geen BKL vastgesteld op grote zandvlakten aan de uiteinden van de Waddeneilanden om meer ruimte te geven aan de natuurlijke processen. Op plekken waar de kust beschermd wordt door zeedijken is er in enkele gevallen wel een BKL vastgesteld en in enkele gevallen niet. De afweging daarvoor was als volgt: daar waar er sprake was van een (droog) strand voor de zeedijk is wel een BKL vastgesteld. Indien er geen strand aanwezig was, is er geen BKL vastgesteld. De gedachte achter dit onderscheid was dat een strand sterk bijdraagt aan de veiligheid van de zeewering en dat daarom structurele erosie voorkomen moet worden. Er is geen BKL vastgesteld voor de in het kader van de Deltawerken aangelegde dammen. Voor duinen met een duinvoetverdediging is in alle gevallen wel een BKL vastgesteld. In het Nationaal Waterplan (2009) is opgenomen dat voor harde zeeweringen een norm gelijkend op die van de basiskustlijn (hierna aangeduid met werknaam BKLx ) ontwikkeld zal worden. Het betreft zeeweringen die in of nabij het kustfundament liggen, dus geen zeeweringen in de Waddenzee, Ooster- en Westerschelde. De binnenzijde van de Waddeneilanden nabij de geulen zijn echter wel meegenomen in deze rapportage. De reden voor de ontwikkeling van een BKLx is tweeledig. Ten eerste kan het van belang zijn om ook voor de harde zeeweringen eventuele structurele erosie te compenseren. Immers indien voor een harde zeewering op langere termijn structurele erosie optreedt, kan dat uiteindelijk de sterkte van de harde zeewering negatief beïnvloeden. Ten tweede kan het van belang zijn om het zandvolume voor een harde zeewering in stand te houden omdat dit zandvolume van invloed is op de maatgevende golfbelasting die de zeewering moet kunnen weerstaan volgens de Waterwet. 1.1 Eerdere verkenning BKLx locaties in 2012 In het kader van beleidsadvisering heeft Rijkswaterstaat Waterdienst samen met Deltares een eerste verkenning uitgevoerd naar locaties in en grenzend aan het kustfundament waar een BKLx denkbaar is (A. Giardino en J. G. de Ronde, 2012) In de verkenning is onderscheid gemaakt tussen drie typen locaties met harde zeeweringen die mogelijk in aanmerking komen voor vaststelling van een BKLx of voor aanpassing van de huidige reeds gedefinieerde BKL, t.w.: a) Locaties met BKL die mogelijk aanpassing behoeft ten behoeve van de veiligheid van de harde zeewering (inclusief duinvoetverdedigingen); b) Locaties waar jaarlijks JARKUS raaien worden ingemeten, maar waar geen BKL is gedefinieerd; c) Locaties waar geen JARKUS raaien zijn gedefinieerd en geen BKL is vastgesteld. Aan de hand van deze typering zijn 20 locaties (37 secties) geïdentificeerd. BKLx 1

93 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 1.2 Vraagstelling In vervolg op de eerdere studie is door WVL de volgende vraagstelling gedefinieerd: 1. Welke van de twintig locaties dienen naar oordeel van deskundigen meegenomen te worden in het vervolgonderzoek? en vervolgens de vragen: 2. In hoeverre is er in het ontwerp van de dijk of dam rekening gehouden met het voorliggend zandvolume bij het bepalen van de sterkte en belasting? 3. Is het voorliggende zandvolume volgens huidige inzichten van wezenlijke invloed op de sterkte van en belasting op de kering? 4. Wat is bij benadering het extra zandvolume dat in een voor de locatie enigszins natuurlijk profiel weggelegd kan worden en de sterkte en belasting respectievelijk wezenlijk doet toe- en afnemen? 5. Wat zou, gelet op de antwoorden van vraag 2 en 3, een praktische methode zijn om het voorliggende (extra) zandvolume te onderhouden? Afbakening: In de voornoemde verkenning is het BKLx concept enkel vanuit veiligheidsperspectief beschouwd voor locaties in en grenzend aan het kustfundament. Een vraag die zich hier kan opdringen is wat de meest optimale investeringsverdeling is tussen kustlijnzorg (handhaven BKLx) en waterkeringsversterking c.q. waterkeringsonderhoud. Deze vraag streeft de scope van onderhavige opdracht voorbij, maar komt wel in ander onderzoek deels aan de orde. 1.3 Leeswijzer In dit rapport wordt in Hoofdstuk 2 een samenvatting gegeven van de expertsessie; het verslag van de expertsessie is te vinden in appendix A. Hoofdstuk 3 bespreekt het concept van de BKLx en geeft de resultaten van een aantal schematische berekeningen. Dit hoofdstuk begint (paragraaf 3.1) met een beschrijving van een aanverwant onderzoek dat in het kader van DP Wadden is uitgevoerd naar de effecten van kwelders op de golfrandvoorwaarden. Tijdens de expertsessie is besloten om vier van de 20 potentiële locaties als voorbeeld uit te werken, dit zijn de locaties Ameland, Hondsbossche en Pettemer zeewering, Brouwersdam en Westkapelle. In de hoofdstukken 4, 5, 6 en 7 zijn de resultaten hiervan beschreven. Hoofdstuk 8 geeft tenslotte een discussie, de conclusies en de aanbevelingen. 2 BKLx

94 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 2 Expert sessie Als eerste stap is op 10 juni 2013 een expertsessie gehouden om het plan van aanpak te bespreken en om een keuze te maken uit de 20 locaties uit de eerste studie, welke verder gebruikt zullen worden voor deze studie. Op de 20 locaties zijn harde elementen zoals duinvoetverdedigingen, boulevards, dijk in duin constructies of dijken aanwezig. Bij de keuze zijn ook de vooroevers meegenomen, in sommige gevallen inclusief een stuk van het aanliggende estuarium. In de expertsessie is nader bepaald voor welke locaties een BKLx echt mogelijkheden en voordelen biedt en het doel dat er precies mee gediend wordt. Het doel van een BKLx is gedefinieerd als: Door het jaarlijks toetsen en handhaven van een BKLx de veiligheidsbijdrage van de vooroever in stand te houden van de primaire waterkering ter plaatse van die BKLx, in die gevallen waar een minimale bodemligging van de vooroever van belang is voor de veiligheid van de primaire waterkering. Tijdens de bijeenkomst is gesproken over het nut van en de technische aspecten die spelen tijdens het vaststellen van een BKLx. Er is door de aanwezigen uitgesproken dat er twee belangrijke vragen moeten worden beantwoord: 1. Wat is de kans dat we in de toetsing geen rekening kunnen houden met het effect van het handhaven van een BKLx? 2. Is het nodig om voor een beperkt aantal locaties een afwijkende methode (ten opzichte van de huidige kustlijnzorg) op te stellen voor het handhaven van een kustlijnligging? Er moet bij de uitwerking van een BKLx dus worden ingegaan op de noodzaak om een andere methode te gebruiken dan de huidige methode voor het handhaven van de gewone BKL. Verschillende aanwezigen hebben aangegeven dat het belangrijk is dat de BKLx methode geen vervanging van de huidige veiligheidstoets kan zijn, het is daaraan wel ondersteunend. Locaties: Bij de afweging voor de locaties die meegenomen zouden kunnen worden in het onderzoek als pilot komen o.a. de volgende argumenten aan bod: Het heeft geen zin om in het geval van locaties met een duinvoetverdediging een extra BKLx vast te stellen aangezien deze niet worden meegenomen tijdens de toetsing van de veiligheid. Locaties die te ver van het kustfundament af liggen worden niet meegenomen Er moet een relatie met en een te verwachten invloed zijn op het suppletieprogramma Vaststelling van een aparte BKLx moet daar zinvol zijn. Tijdens de bijeenkomst zijn de volgende locaties aangedragen om als pilot locaties te dienen tijdens het project. Deze 4 locaties verschillen sterk van elkaar en dekken een breed spectrum af van mogelijke gevallen: Westkapelle Brouwersdam Hondsbossche en Pettemer zeewering (als concept, voor de versterking) Ameland BKLx 3

95

96 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 3 BKLx 3.1 Onderzoek naar de invloed van een voorland op de veiligheid van een dijk door DP Wadden In het kader van DP Wadden is een studie uitgevoerd naar de effecten van kwelders op de golfhoogte bij de teen van de aanliggende dijk (Smale, 2012). De onderzochte gebieden vallen niet binnen de eerder gestelde geografische afbakening, echter leveren de resultaten een goede bijdrage aan het benodigde inzicht. Bij deze DP Wadden studie is evenals in de voorliggende studie gebruik gemaakt van XBeach. De voorliggende studie richt zich op de zandige Noordzeekust. De kwelder studie heeft zich meer gericht op ondiepe voorlanden en kleinere golfrandvoorwaarden. De grootste golfhoogte waarmee als randvoorwaarde is gerekend is 2,4 meter. Figuur 3.1: Schematisatie van het kustprofiel, gebruikt voor de kwelderstudie (eens in 10 jaar stormconditie met stormvloedniveau +3.6m NAP, kwelderlengte 100 m en niveau hoogste punt kwelder +1.5 NAP; Smale, 2012). Figuur 3.1 geeft de geometrie en in Figuur 3.2 staan de resultaten gegeven voor drie stormcondities: 1/10 per jaar met 1,84m Hs; 4,86 sec Tp en 3,6 m +NAP waterstand 1/100 per jaar met 2,08m Hs; 5,16 sec Tp en 4,2 m +NAP waterstand 1/4000 per jaar met 2,40m Hs; 5,55 sec Tp en 5,0 m +NAP waterstand De golfhoogte en periode zijn bepaald aan de hand van enkele eenvoudige parameterisaties. Zo is de significante golfhoogte geschat als 0.4 maal de waterdiepte behorende bij de waterstand met een voorkomen van respectievelijk 10, 100 of 4000 jaar (waarbij de waterstand is verkregen uit extreme waarden analyse). De golfperiode is afgeschat door uit te gaan van een golfsteilheid van ongeveer 1 op 20. Er is uitgegaan van een sterk geschematiseerd model en er zijn enkele aannames gedaan. De resultaten van de studie laten zien dat vooral de kwelderlengte en de kwelderhoogte van belang zijn voor de afname van de golfhoogte tussen de buitenrand en de teen van de dijk en daarmee op de veiligheid van de dijk. Bij een stormconditie 1/4000 per jaar is de afname van de golfhoogte bij een kwelderlengte van 200 meter en een kwelderhoogte bij de dijk van 2,3 meter bijvoorbeeld 25 30%. Een korte kwelder van 50 meter en een kwelderhoogte bij de dijk van 1 meter geeft dan nauwelijks reductie (minder dan 10 %). Er is tevens gekeken naar het effect van erosie van de vooroever tijdens de storm op de overblijvende golfhoogte bij de teen van de dijk. Bij de stormconditie 1/4000-ste is het effect van vooroevererosie op de golfhoogte gering (minder dan 10 %) door de flauwe hellingen en de relatief hoge waterstand. BKLx 5

97 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief In de voorliggende studie wordt naar Noordzeekust situaties gekeken met grotere golfrandvoorwaarden en met dieper doorlopende vooroevers. Figuur 3.2: Relatief verschil tussen de significante golfhoogte ter plaatse van de teen van de dijk (voor de morfologische simulaties) en de offshore significante golfhoogte als functie van de kweldergeometrie. 3.2 Aanpak BKLx Als we kijken naar de beschermende werking van een vooroever voor een harde zeewering, dan zijn hierbij drie aspecten van belang: 1 Er dient voorkomen te worden dat de golfbelasting op de bekleding niet te hoog wordt en daardoor bezwijkt. 2 Er dient voorkomen te worden dat de grenswaarden voor het overslagdebiet worden overschreden omdat anders de stabiliteit van het binnentalud gevaar loopt. 3 Er dient voorkomen te worden dat er voor de harde waterkering een ontgrondingskuil ontstaat waardoor de macrostabiliteit van het dijklichaam gevaar loopt. Het huidige onderzoek is verkennend en daarom zal alleen naar het belangrijkste aspect, nl. golfoverslag gekeken worden. In een mogelijk vervolg zullen zeker ook de beide andere aspecten (erosie van de vooroever tijdens de storm en de sterkte van de bekleding) bekeken dienen te worden. De mogelijke definitie van BKLx is gegeven in Figuur 3.3. Het huidige onderzoek dient inzicht in de mogelijke diepte en lengte van de BKLx te verschaffen. Om het aantal variabele parameters te beperken is ervoor gekozen om alleen de diepte maat (in de figuur op -5 m NAP gezet) te variëren. Er wordt geen zeewaartse afkap meegenomen, zodat de lengte door het profiel zelf bepaald wordt (snijpunt tussen profiel en de gekozen dieptemaat). Bij de verkregen resultaten blijkt deze aanpak te voldoen. 6 BKLx

98 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 3.3: Mogelijke definitie van BKLx. Als aanpak hebben we ervoor gekozen om zogenaamde werkhypothesen te formuleren die we vervolgens met berekeningen met het model XBeach verifiëren. Hierbij gaat het vooral om het relatieve effect van een eventuele BKLx op de veiligheid van de waterkering. De uitkomsten zelf hebben geen getalsmatige betekenis met betrekking tot de veiligheid van deze kering. We kijken alleen naar relatieve verschillen. Als we een sterke relatie vinden tussen BKL en/of BKLx en de golfoverslag kunnen we de BKL en/of BKLx gebruiken als maat voor de veiligheidsbijdrage van de vooroever. N.B. de BKLx is nooit de vervanging van de veiligheidstoetsing. Bij kustlijnzorg worden jaarlijks de Momentane Kustlijnen (MKL) bepaald en deze worden getoetst aan de basis waarde: de BKL (Basiskustlijn). In deze studie wordt op vergelijkbare wijze gesproken over BKLx en MKLx waarden. Zodra er over een basiswaarde gesproken wordt die gebruikt kan gaan worden om te toetsen hebben we het weer over de BKL of BKLx De onderstaande werkhypothese is voor de 4 locaties getoetst: De MKLx in een JARKUS profiel zeewaarts van de harde kering bepaald het golfoverslagdebiet over de kruin. Als een van de mogelijke MKLx en wordt uiteraard ook de MKL zelf (met de ondergrens zoals gedefinieerd voor kustlijnzorg) meegenomen. De volgende berekeningen zijn uitgevoerd om genoemde werkhypothesen te verifiëren: Een aantal conceptuele XBeach berekeningen om voor een simpel Noordzee kustprofiel (Hondsbossche en Pettemer zeewering) na te gaan welke relatie er bestaat tussen de vooroever en het overslagdebiet. Hiervoor is een schuin oplopende vooroever genomen waarop een volume zand gelegd is in verschillende posities van hoog tot laag in het profiel. Een aantal berekeningen voor een raai bij Hondsbossche en Pettemer zeewering waar de bodemveranderingen relatief groot zijn. BKLx 7

99 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Voor deze raai zijn voor 22 jaar met de JARKUS profielen XBeach berekeningen uitgevoerd met in de tijd variërende vooroeverprofielen. Hierbij is gekeken naar de relatie tussen het golfoverslagdebiet over de kruin en de MKLx waarden. Een aantal berekeningen voor een raai bij Westkapelle waar de veranderingen relatief groot zijn. Voor deze raai zijn voor 22 jaar met de JARKUS profielen XBeach berekeningen uitgevoerd met in de tijd variërende vooroeverprofielen. Hierbij is gekeken naar de relatie tussen het golfoverslagdebiet over de kruin en de MKLx waarden. Een aantal berekeningen voor twee raaien bij de Brouwersdam waar de veranderingen relatief groot zijn. Voor deze raai zijn voor 22 jaar met de JARKUS profielen XBeach berekeningen uitgevoerd met in de tijd variërende vooroeverprofielen. Hierbij is gekeken naar de relatie tussen het golfoverslagdebiet over de kruin en de MKLx waarden. Een aantal berekeningen voor een raai bij Ameland west waar de veranderingen relatief groot zijn. Voor deze raai zijn voor 22 jaar met de JARKUS profielen XBeach berekeningen uitgevoerd met in de tijd variërende vooroeverprofielen. Hierbij is gekeken naar de relatie tussen het golfoverslagdebiet over de kruin en de MKLx waarden. Alle berekeningen zijn uitgevoerd met XBeach (Roelvink et. al, 2009). Met het programmapakket kunnen alle essentiële processen (golfvoortplanting, golfbreking, golfoverslag) in een klap meegenomen worden en sluiten de antwoorden ook goed aan op eerdere DPWadden werk zoals genoemd onder par 3.1. Hierbij is een vaste waterstand en golfbelasting aangenomen gedurende een storm van 5 uur. Ten behoeve van deze studie nemen we aan dat tijdens de storm er voor de verschillende profielen geen veranderingen optreden van de bodemligging van de vooroever. Bodemveranderingen tijdens een storm zijn dus niet meegenomen. In werkelijkheid zal zand naar dieper water getransporteerd worden en kan er mogelijk een erosiekuil ontstaan bij de dijk. De golfrandvoorwaarden ter plaatse van de teen van de dijk zullen hierdoor groter worden. De XBeach berekeningen zijn uitgevoerd met het niet hydrostatische model, revisienummer Dit model berekent de voortplanting van iedere individuele golf (zowel kort als lang) en is dus in staat om golfoverslag te berekenen. Met het XBeach programma zijn berekeningen gemaakt vanaf diep water. De randvoorwaarden in het hydraulische randvoorwaardenboek voor dijken geven de randvoorwaarden nabij de teen van de dijk, deze zijn voor deze studie niet bruikbaar. Daarom zijn voor deze studie de randvoorwaarden uit het hydraulische randvoorwaardenboek voor duinen genomen. Deze zijn weliswaar bij een kleinere frequentie, maar dat is voor deze studie geen probleem. 3.3 Conceptuele berekeningen Ter eerste verificatie van de hypothese zijn enkele concept berekeningen gemaakt met een schematisch profiel. Tabel 3.1 bevat de coördinaten van dit schematische profiel, waarbij X de afstand dwars op de kust is en Z de hoogte van het profiel (in meters). Dijkhoogte en taluds lijken op die van de Hondsbossche en Pettemer zeewering ter hoogte van raai 2531 (zie Figuur 3.4 en Figuur 3.5). Vervolgens is aan dit profiel op verschillende dieptes een volume zand toegevoegd met een breedte van 300 meter (kustdwars), een volume van 900 m3/m en met afgeronde hoeken aan weerszijde van de hoop over een lengte van 40 m. 8 BKLx

100 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Op deze manier sluit de artificiële hoop zand goed aan op het basisprofiel. Voor het gemak zal in deze paragraaf de bedoelde hoop zand worden aangeduid met de term suppletie. In de praktijk zal een dergelijke vorm echter niet voorkomen. Figuur 3.6 t/m Figuur 3.13 geven een beeld van de profielen met suppleties op verschillende hoogten. Tabel 3.1: Coördinaten van het basis profiel dat is gebruikt tijdens de berekeningen met een schematisch profiel. X [m] Z [m] Figuur 3.4: Ligging Jarkusraai Figuur 3.5: Overzicht van het gebruikte basisprofiel en de toegepaste suppleties. BKLx 9

101 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 3.6: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op 4.75 meter. Figuur 3.7: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op 2.46 meter. Figuur 3.8: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op 0.17 meter. 10 BKLx

102 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 3.9: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op meter. Figuur 3.10: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op meter. Figuur 3.11: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op meter. BKLx 11

103 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 3.12: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op meter. Figuur 3.13: Weergave van het schematische profiel met een suppletie met het hoogste punt op meter. Voor alle geschetste profielen is een berekening gedaan van de golfvoortplanting met behulp van XBeach. Hierbij is gebruik gemaakt van het niet-hydrostatische model. In het model wordt een tijdserie van inkomende korte golven door het model berekend en opgelegd op de modelrand, op basis van een door de gebruiker opgegeven JONSWAP golfspectrum. Daarnaast bepaalt het model op basis van de interactietermen tussen de opgelegde korte golven, een bijbehorende lange golfsignaal op de rand van het model (zie ook Roelvink et al., 2009). In tegenstelling tot het hydrostatische XBeach model, wordt in het niet-hydrostatische model het gehele waterstandssignaal uitgerekend (dus inclusief individuele korte golven en de laagfrequente golven). Dit maakt het mogelijk om het overslagdebiet over de kruin van de dijk door zowel korte als lange golven expliciet te berekenen. De berekeningen zijn uitgevoerd met een niet variërende waterstand van NAP meter, een golfhoogte (Hs) van 9.9 meter en een golfperiode (Tp) van 16.2 sec. Deze randvoorwaarden worden bij raaien naast de Hondsbossche en Pettemer zeewering gebruikt voor het toetsen van duinveiligheid. De randvoorwaarden voor dijken geven de waarden nabij de teen van de dijk ( meter ervoor), deze zijn niet voor de berekeningen gebruikt omdat het model randvoorwaarden op diep water nodig heeft als invoer. Figuur 3.14 toont de relatie tussen de maximale hoogte van een suppletie en het berekende overslagdebiet (gemiddeld over de simulatieperiode) over de dijk. Hieruit kan worden afgeleid dat het verplaatsen van de hoeveelheid zand beneden een diepte van NAP 6.70 m in deze situatie geen significant effect meer heeft op het berekende overslagdebiet. Suppleties die boven die grens liggen verminderen het overslagdebiet. 12 BKLx

104 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief In de praktijk zal in het geval van een bult met zand onder deze grens door morfologische veranderingen na verloop van tijd ook sediment boven deze grens uit kunnen komen, waardoor het alsnog meer effect gaat krijgen. Het is opvallend dat de berekening met een suppletie tot NAP m een groter overslagdebiet opleverde dan de berekening met een suppletie tot NAP m. Dit komt door een berekende verhoging van de golfopzet aan de teen van de dijk (gemiddelde waterstand boven stormpeil), zonder substantiële reductie van de golfhoogte aan de teen van de dijk, in het geval van een suppletie tot NAP m ten opzichte van de berekening met een suppletie tot NAP m, zie Figuur In de werkelijkheid zal dit door 3D effecten mogelijk kleiner zijn. Een vergelijkbaar verschil tussen het overslagdebiet bij een suppletie tot NAP m en een suppletie tot NAP 8.99 m kan mogelijk worden verklaard door verschillen in de golftransformatie over de suppletie, waardoor de lange golfhoogte bij de teen van de dijk in het tweede geval hoger is dan in het eerste geval. De hoogste suppletie geeft zoals verwacht de grootste reductie op het overslagdebiet. Een verandering in overslagdebiet met een factor 1,5 á 2 of meer is pas substantieel te noemen. Een suppletie met als hoogste punt meer dan ongeveer 0,5 m boven NAP heeft pas een substantieel effect op de veiligheid in deze situatie. Tabel 3.2: Berekende overslag (gemiddeld over een uur,) relatief ten opzichte van het maximumdebiet, en MKL (in m) voor de profielen met suppletie. Diepte suppletie Relatief overslagdebiet (%) MKL -11,28 96, ,99 100, ,70 98, ,41 90, ,12 85, ,17 69, ,46 71, ,75 31,2 403 Figuur 3.14: Weergave van de berekende overslagdebieten, relatief ten opzichte van het maximumdebiet, voor variërende diepte van een suppletie op een gelijkblijvend profiel. BKLx 13

105 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 3.15: Verhouding tussen suppletiediepte en de berekende golfopzet (waterstand boven stormpeil) bij de teen van de dijk (boven), en de berekende totale golfhoogte (zwarte lijn), de hoogfrequente golfhoogte (rode lijn) en de laagfrequente golfhoogte (blauwe lijn) aan de teen van de dijk. Voor deze profielen met de variërende suppleties zijn ook de MKL waarden uitgerekend (waarbij een bovengrens van NAP + 3 m en een ondergrens van NAP 4.67 m is aangehouden, gelijk aan de MKL grenzen bij Hondsbossche en Pettemer zeewering). De resulterende getallen zijn weergegeven in Tabel 3.2 en Figuur Hieruit volgt een goede relatie tussen de MKL en het berekende overslagdebiet mits de suppletie niet boven de NAP + 3 m grens uit komt (rode punt in de figuur). Naarmate een profielverandering hoger in het profiel plaats heeft is het effect op het overslagdebiet groter. Indien deze verandering boven de 3 meter NAP, de bovengrens voor het bepalen van het MKL volume zit, is dit niet terug te zien in de MKL waarde, maar wel in het berekende overslagdebiet. Dit verklaard de vreemde ligging van het rode punt in Figuur 3.16: Relatie tussen de berekende overslagdebieten en MKL waardes voor profielen met suppleties met variërende diepte, waar het zandvolume boven de 3 meter NAP niet in de MKL waarde wordt meegenomen. Het is dus belangrijk dat de uiteindelijk vast te stellen MKLx alle profielveranderingen tot aan de teen van de dijk meeneemt. De bovengrens van de MKLx dient dus hoger dan het niveau van de teen van de dijk te liggen. 14 BKLx

106 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 3.16: Relatie tussen de berekende overslagdebieten en MKL waardes voor profielen met suppleties met variërende diepte. Om er achter te komen wat een goede maat (BKLx) zou kunnen zijn voor het relevante zandvolume voor een dijk zijn voor alle profielen ook MKL varianten uitgerekend met een gelijkblijvende bovengrens van NAP + 3 meter, maar met een ondergrens die varieert tussen NAP -3 meter en NAP -11 meter. Tabel 3.3 geeft een overzicht van de berekende correlatiecoëfficiënten tussen overslagdebiet en ondergrens van de MKLx schijf. Dit is ook weergegeven in Figuur Hieruit kan worden opgemaakt dat voor deze situatie een optimale correlatie wordt gevonden tussen de MKLx en het overslagdebiet als voor de MKLx berekening een ondergrens wordt aangehouden gelijk aan die voor de normale MKL. BKLx 15

107 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Tabel 3.3 Overzicht van berekende correlatie coëfficiënten tussen MKLx en overslagdebiet bij variatie van de ondergrens van de MKLx berekening (zmin). De eerste regel betreft de ondergrens van de normale MKL ( een ondergrens van meter). zmin R Figuur 3.17: Weergave van de correlatiecoëfficiënten tussen berekende overslagdebieten en MKLx bij variërende ondergrens van de MKLx. Het rode punt geeft de waarde voor de normale MKL. 3.4 Conclusie vanuit de schematische berekeningen. De correlatie tussen het overslagdebiet en de MKLx is in de hierboven beschouwde situatie het meest optimaal als voor de MKLx berekening een bovengrens van NAP + 3 m wordt aangehouden en een ondergrens van NAP 4.67 m. Dit zijn gelijk aan de grenzen die worden aangehouden bij raaien naast de Hondsbossche en Pettemer zeewering voor het berekenen van de MKL. Als dit beeld voor andere locaties niet anders is, zou de huidige MKL methode kunnen worden aangehouden voor het in stand houden van een voorland voor een harde kering. 16 BKLx

108 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 4 Uitwerking Hondsbossche en Pettemer zeewering 4.1 Inleiding De mate waarin de MKL een goede graadmeter is voor het overslagdebiet over de Hondsbossche en Pettemer zeewering) is nagegaan aan de hand van één specifieke JARKUS raai. Voor deze raai is gekeken naar de ontwikkeling van de MKL in de jaren sinds 1990 gecombineerd met het overslagdebiet dat voor deze profielen door XBeach wordt berekend. Om een indruk te krijgen van de invloed van een grotere variatie van de MKL dan gemeten is in de periode vanaf 1990 zijn er aanvullende berekeningen gedaan waarbij (op basis van de meting van 2012) de gehele bodem voor de harde kering is verhoogd en verlaagd. 4.2 Locatiekeuze Veel raaien langs de Hondsbossche en Pettemer zeewering vertonen in de afgelopen 20 jaar een geringe variatie van de MKL. Naarmate men meer naar het zuiden gaat, wordt de variatie groter. Om niet te rekenen met een raai die aan de rand van de kering ligt, is er voor gekozen om berekeningen te doen aan de hand van raai 2531 (Figuur 3.4). Figuur 4.1 toont de profielontwikkeling ter plaatse van deze raai sinds In deze periode is een duidelijke uitbouw van de kust waarneembaar. Als gevolg daarvan verplaatst ook de MKL in zeewaartse richting in deze periode. Figuur 4.1: Gemeten profielen ter plaatse van raai 2531 (zuidkant Hondsbossche zeewering) tussen 1990 en Relatie tussen ontwikkeling MKL en overslagdebiet aan de hand van gemeten profielen Voor ieder gemeten profiel sinds 1980 waar genoeg data beschikbaar was voor een valide berekening zijn berekeningen gedaan om het overslagdebiet over de kruin van de dijk in te schatten. De berekeningen zijn uitgevoerd met XBeach in niet-hydrostatische modus. Hierbij is de verandering van de bodem gedurende een storm niet meegenomen. Daarmee is bijvoorbeeld het effect van een ontgrondingskuil aan het eind van een storm op de hoeveelheid golfoverslag niet in rekening gebracht. Alle gemeten profielen zijn zeewaarts verlengd en het meest zeewaarts gelegen punt is verlaagd tot NAP -20 meter indien dit punt hoger lag. Hierdoor wordt gewaarborgd dat aan de zeewaartse rand van het model een realistisch lange golfsignaal wordt gecreëerd en dat de transformatie daarvan naar het ondiepere deel van het model voor alle gevallen vergelijkbaar is. Daarnaast is in ieder profiel de kruinhoogte van de dijk exact op NAP meter gehouden om de getallen goed te kunnen vergelijken. De berekeningen zijn uitgevoerd met een niet variërende waterstand van NAP meter, een golfhoogte (H s ) van 9.9 meter en een golfperiode (T p ) van 16.2 sec. Deze randvoorwaarden worden bij raaien naast de Hondsbossche en Pettemer zeewering gebruikt voor het toetsen van duinveiligheid. De BKLx 17

109 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief randvoorwaarden voor dijken geven de waarden nabij de teen van de dijk ( meter ervoor), deze zijn niet voor de berekeningen gebruikt omdat het model randvoorwaarden op diep water nodig heeft als invoer. Het model zelf berekend vervolgens het verloop van de golven (zowel het hoog- als het laagfrequente deel) vanaf de diepwater rand naar de dijk en berekend tevens hoeveel water er over de dijk gaat. Ondanks de grotere variatie van de MKL op deze locatie dan de variatie van de MKL in omringende locaties, is de variatie van de MKL in de metingen beperkt. Om na te kunnen gaan of de relatie tussen MKL en overslagdebiet ook geldt bij een grotere variatie van de profielvorm (en dus MKL) is een extra set aan profielmetingen gecreëerd op basis van de metingen uit Hierbij is het voorland vanaf de teen zeewaarts verhoogd (of verlaagd) met waarden tussen de +2 en -2 meter. Voor een goede aansluiting is in de eerste 100 meter gekozen voor een gelijkmatig verloop naar het dijkprofiel. Resulterende profielen zijn weergegeven in Figuur 4.2. Deze kunstmatige data is aan de meetserie toegevoegd. Figuur 4.2: Overzicht van de 6 profielen met verlaagd/verhoogd voorland op basis van de profielmetingen in Tabel 4.1 en Figuur 4.3 geven een beeld van de relatie tussen de berekende overslagdebieten en MKL. Ook met deze profielgegevens is er een duidelijke correlatie tussen de MKL en het berekende overslagdebiet (R 2 = 0.69). Zonder de bijdrage van de aangepaste profielen (rood in Figuur 4.3), zou de correlatie echter aanzienlijk lager zijn (R 2 = 0.25). Dat is te verwachten gezien de geringe variatie van zowel MKL als het overslagdebiet. De punten liggen dus allemaal ongeveer in hetzelfde gebied. De berekende overslagdebieten bij de aangepaste profielen vertonen wel een zeer hoge correlatie met de variatie van de MKL (de punten liggen bijna op een lijn, R 2 = 0.99). Wanneer bij het berekenen van een MKLx de ondergrens wordt gevarieerd (en de bovengrens constant op NAP + 3 meter wordt gehouden), ontstaat het beeld zoals weergegeven in Tabel 4.2 en Figuur 4.4. In tegenstelling tot de berekeningen met een schematisch profiel (zie hoofdstuk 3), neemt de correlatie tussen MKLx en overslagdebiet toe als de ondergrens wordt verlaagd. Een optimum wordt gevonden met een ondergrens op NAP 8 meter, met een R 2 waarde van Dat duidt erop dat ook profielvormen tussen NAP -8 meter en NAP m een invloed hebben op het berekende overslagdebiet. Het verlagen van de MKLx grens naar onder de NAP -8 meter geeft geen betere correlatie met het berekende overslagdebiet. 18 BKLx

110 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Hieruit kan worden afgeleid dat voor het handhaven van een kustlijnligging met het oogpunt op het optimaliseren van de hydraulische belasting op de achterliggende kering op deze locatie het niet zinvol lijkt om profielgegevens beneden de NAP -8 meter mee te nemen. Tabel en Overzicht van de berekende overslagdebieten (relatief ten opzichte van 2012) en MKL waarden tussen jaar overslagdebiet(relatief) MKL (m) BKLx 19

111 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 4.3: Weergave van de relatie tussen de berekende overslagdebieten, relatief ten opzichte van maximumdebiet, en MKL s voor profielmetingen tussen 1982 en 2012 bij raai 2531 in kustvak Noord-Holland (inclusief de 6 extra profielen met verhoogd / verlaagd voorland). Tabel 4.2: Overzicht van de gevonden correlatie tussen MKLx en overslagdebiet bij variërende ondergrens van de MKLx aan de hand van de 22 sommen met gemeten en de 6 sommen met het verhoogde/verlaagde profiel bij raai 2531(Voor de punten uit Figuur 4.3). De eerste regel betreft de ondergrens van de normale MKL. zmin R BKLx

112 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 4.4: Weergave van de correlatiecoëfficiënten tussen berekende overslagdebieten en MKLx bij variërende ondergrens van de MKLx voor de gemeten en verhoogde/verlaagde profielen bij raai 2531 in kustvak Noord- Holland. 4.4 Conclusies op basis van de berekeningen bij de Hondsbossche en Pettemer zeewering Indien alleen de gemeten profielen (raai 2531) gebruikt worden voor de relatie is de variatie in MKLx en overslagdebiet te gering om de relatie te kunnen bepalen. Na toevoeging van een aantal verhoogde/verlaagde bodems volgt de gezochte relatie tussen een MKL of MKLx (met verlaagde ondergrens) en het berekende overslagdebiet. Dat geeft een eerste indicatie dat het handhaven van een MKL (of MKLx) op die locatie bij zou kunnen dragen aan het handhaven van een bepaald veiligheidsniveau (maximum overslagdebiet in dit geval). Daarbij dient opgemerkt te worden dat uit de berekeningen blijkt dat ook de profielgegevens tussen NAP 4.67 meter (de huidige ondergrens van de MKL ter plaatse) en NAP -8 meter invloed hebben op het totale berekende overslagdebiet. Dit zou er voor pleiten om voor deze locatie een MKLx maat vast te stellen volgens dezelfde methodiek als de MKL, maar met een verlaagde ondergrens. De relatie voor de MKL zelf lijkt echter eveneens bruikbaar. BKLx 21

113

114 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 5 Uitwerking Westkapelle Bij het uitzoeken van een locatie langs de Westkapelse Zeedijk, speelt de aanwezigheid van een diepe geul een grote rol. Door de aanwezigheid van de geul is er op veel locaties weinig variatie opgetreden in de MKL (tussen 1988 en 2012). Er is daarom gekozen om te kijken naar een locatie aan de noordkant van deze dijk (raai 1832, Figuur 5.1). Omdat de dijk is versterkt in 1987 (voor het eerst te zien in de metingen van 1988), zijn meetgegevens van voor deze periode niet meegenomen. Figuur 5.2 toont de profielontwikkeling bij deze raai. Rond 2008/2009 is een zwakke schakelversterking uitgevoerd, hetgeen de grote variatie in profielen verklaart. Figuur 5.1: Ligging JARKUS raai Om inzicht te krijgen in de grootte van de voorspelde overslagdebieten over de kruin van de Westkapelse Zeedijk bij een normatieve storm, zijn verkenningssimulaties opgezet met het XBeach model voor alle gemeten JARKUS profielen tussen 1988 en De simulaties zijn gedraaid met de hydraulische randvoorwaarden voor dit profiel uit het Hydraulische Randvoorwaarden Primaire Waterkering , Tabel 5.1. Uit de verkenningssimulaties blijkt dat het model voor alle gemeten profielen, geen overslag voorspelt, waardoor geen relatie tussen de MKL-positie en overslagdebieten te bepalen is. Volgens de toetsing is echter de golfoverslag bepaald op 1 l/seconde en is de Westkapelse zeewering een zwakke schakel geworden. Dit is mogelijk als volgt te verklaren: Voor het model zijn de randvoorwaarden op diep water gebruikt, zoals eerder omschreven. Het model berekend het verloop van waterdiepten uit tot aan de teen van de dijk. De golfhoogte die het Xbeach model berekend bij de teen van de dijk is mogelijk lager dan de golfrandvoorwaarde volgens het randvoorwaarden boek bij de teen van de dijk, waardoor er ook minder golfoverslag berekend wordt. Het vergt nader onderzoek om dit verder uit te zoeken. Om toch inzicht te krijgen in het effect van het MKL-volume op overslagdebieten in dit gebied, worden nieuwe simulaties uitgevoerd waarin de kruin van de zeedijk wordt verlaagd van NAP +15m tot NAP + 9,5 m. Hierdoor worden de berekende gemiddelde overslagdebieten voldoende groot (1 10 l/m/s) om het effect van het MKL-volume op het overslagdebiet te bepalen. De landwaartse kant van de kruin wordt 10 cm verlaagd ten opzichte van de zeewaartse kant om de landwaartse afstroom van overslaande golven te garanderen. De profielen met aangepaste kruinhoogte die gebruikt zijn in deze modelsimulaties zijn weergegeven in Figuur 5.3. In totaal zijn 25 simulaties uitgevoerd, één simulatie per profiel van jaar 1988 tot en met BKLx 23

115 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 5.2: Gemeten profielontwikkeling bij de Westkapelse zeedijk bij raai Tabel 5.1: Toegepaste hydraulische randvoorwaarden in XBeach simulaties van Westkapelle, JARKUS raai Waterstand (m + NAP) Significante golfhoogte (m) Piek periode (s) 5,30 5,15 12,2 Figuur 5.3: Toegepaste profielen in XBeach simulaties van Westkapelle, JARKUS raai De kruinhoogte van de Westkapelse Zeedijk is kunstmatig verlaagd. Figuur 5.4 toont de relatie tussen het berekende overslagdebiet over de kruin van de zeedijk, gemiddeld over één uur, en de MKL-positie van het toegepaste profiel in het model. Voor de normale MKL geldt hierbij een bovengrens van NAP + 3 m en een ondergrens van NAP 24 BKLx

116 Relatief overslagdebiet t.o.v. maximum debiet (%) VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 6,1m. Uit deze figuur blijkt dat er een redelijke relatie is tussen een afnemend overslagdebiet met toenemende MKL-positie. Deze relatie is echter niet lineair is, hetgeen gemakkelijk te verklaren is omdat negatieve overslagdebieten niet mogelijk zijn. Het niet lineair zijn van de relatie is voor het beoogde doel geen probleem. Daarnaast, geeft de figuur aan dat er enige spreiding is in overslagdebieten bij gelijke MKL-positie. Omdat de zeewaartse versterking voor de zeedijk voor een deel boven NAP + 3 m is uitgevoerd, en deze niet in de standaard MKL-berekening wordt meegenomen, wordt een aangepaste MKLx-positie berekend op basis van een bovengrens van NAP + 5 m en een ondergrens van NAP 6,1m. De relatie tussen deze aangepaste MKLx-positie en de berekende overslagdebieten wordt in Figuur 5.5 weergegeven. Deze figuur toont ten opzichte van Figuur 5.4 geen significante verkleining van de spreiding in overslagdebieten bij gelijke MKL-positie. Evenals bij de simulaties van de Hondsbossche en Pettemer zeewering (Hoofdstuk 4), wordt de correlatie tussen het berekende overslagdebiet en de MKLx-positie op basis van verschillende ondergrenzen bepaald. Hierbij wordt de MKLx bovengrens constant gehouden op NAP + 5 m. De resultaten hiervan staan in Tabel 5.2. De resultaten tonen een maximum in de correlatie tussen de MKLx-positie en het overslagdebiet bij een MKLx ondergrens van NAP 4 m tot NAP 5 m. Voor dit kustgebied komt de normale MKL ondergrens (NAP 6,1 m) redelijk overeen met de optimale MKLx ondergrens. Relatief overslagdebiet BKL-positie (m + RSP) Figuur 5.4: Berekende relatieve overslagdebieten ten opzichte van het maximum overslagdebiet, uitgezet tegen de MKL-positie. BKLx 25

117 Relatief overslagdebiet t.o.v. maximum debiet (%) VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Relatief overslagdebiet BKL-positie (m + RSP) Figuur 5.5: Berekende relatieve overslagdebieten ten opzichte van het maximum overslagdebiet, uitgezet tegen de MKL-positie, met verhoogde MKL-bovengrens van 5m + NAP. Tabel 5.2: Overzicht van de gevonden correlatie tussen MKLx en overslagdebiet bij variërende ondergrens van de MKLx aan de hand van de sommen met de aangepaste profielen van Westkapelle, JARKUS raai De eerste regel betreft de ondergrens van de normale MKL. zmin R Conclusies op basis van de berekeningen bij de Westkappelse zeewering Ten behoeve van dit onderzoek is de hoogte van de dijk dusdanig verlaagd dat er overslag optreed. Voor raai 1832 bij de Westkapelse zeewering wordt een niet-lineaire relatie gevonden tussen een MKLx en overslagdebiet in de order van 1 10 l/m/s. In deze relatie leidt een toename van de MKLx tot verminderd overslagdebiet. De normale MKL is nagenoeg even goed toepasbaar in deze relatie als de MKLx. 26 BKLx

118 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 6 Uitwerking Brouwersdam Voor de analyse van de Brouwersdam wordt gekeken naar twee JARKUS raaien: 2120 en 2240 (Figuur 6.1). In deze raaien heeft tussen 1988 en 2012 een grote uitbouw van het profiel tussen NAP -3 m en NAP + 2 m plaatsgevonden, zie Figuur 6.2. Door deze uitbouw zijn op deze locaties voor de Brouwersdam nieuwe duinen ontstaan, met een vergelijkbare hoogte van de kruin van de dam (NAP + 11 m). Figuur 6.1: Ligging JARKUS raaien 2120 en Om inzicht te krijgen in de grootte van de voorspelde overslagdebieten over de kruin van de Brouwersdam bij een normatieve storm, zijn verkenningssimulaties opgezet met het XBeach model voor alle gemeten JARKUS profielen tussen 1988 en In deze simulaties is de kruin van de dam vastgesteld op NAP + 11 m, en zijn handmatig de duinen voor de dam verwijderd uit het gemeten profiel. De simulaties zijn gedraaid met de hydraulische randvoorwaarden voor de aansluitende kust (Schouwen) uit de Hydraulische Randvoorwaarden Primaire Waterkering , Tabel 6.1. Uit de verkenningssimulaties blijkt dat het model voor alle gemeten profielen, geen overslag voorspelt, waardoor geen relatie tussen de MKL-positie en overslagdebieten te bepalen is. Om toch inzicht te krijgen in het effect van de MKL-volume op overslagdebieten in dit gebied, worden nieuwe simulaties uitgevoerd waarin de kruin van de zeedijk in ieder gemeten JARKUS profiel wordt verlaagd tot NAP + 7 m. Hierdoor worden de berekende gemiddelde overslagdebieten voldoende groot (1 10 l/m/s) om het effect van de MKL-volume op het overslagdebiet te bepalen. De landwaartse kant van de kruin wordt 10 cm verlaagd ten opzichte van de zeewaartse kant om de landwaartse afstroom van overslaande golven te garanderen. Evenals bij de verkenningssimulaties, zijn de duinen voor de Brouwersdam in de gemeten profielen met de hand verwijderd. De aangepaste profielen die gebruikt zijn in deze modelsimulaties zijn weergegeven in Figuur 6.3. In totaal zijn 21 simulaties uitgevoerd voor JARKUS raai 2120, één simulatie per profiel van jaar 1988 tot en met 2012, met uitzondering van 1990, 1993, 2005 en 2006, omdat voor deze jaren betrouwbare data ontbreken. Voor JARKUS raai 2240 zijn wel alle jaren van 1988 tot en met 2012 berekeningen uitgevoerd. BKLx 27

119 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 6.2: Gemeten profielontwikkeling bij de Brouwersdam, raai 2120 (boven) en raai 2240 (onder). Tabel 6.1: Toegepaste hydraulische randvoorwaarden in XBeach simulaties van de Brouwersdam, JARKUS raai 2120 en raai Waterstand (m + NAP) Significante golfhoogte (m) Piek periode (s) 5,50 3,25 12,3 28 BKLx

120 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 6.3: Toegepaste profielen in XBeach simulaties van de Brouwersdam, JARKUS raai 2120 (boven) en raai 2240 (onder). De kruinhoogte van de Brouwersdam is kunstmatig verlaagd en de voorduinen zijn verwijderd. Figuur 6.4 toont voor beide JARKUS raaien de relatie tussen het berekende overslagdebiet over de kruin van de zeedijk, gemiddeld over één uur, en de MKL-positie van het toegepaste profiel in het model. Hierbij is voor de bepaling van de MKL-positie een bovengrens van NAP + 3 m en een ondergrens van NAP 4 m gehanteerd. Uit de figuur blijkt dat voor beide profielen er een licht-parabolische relatie bestaat tussen de MKL-positie en het berekende overslagdebiet. Dit betekent dat voor deze profielen een toename van de MKL-positie niet noodzakelijk leidt tot een verlaging van het overslagdebiet. Daarnaast, geeft de figuur aan dat er net als bij de Westkapelse Zeedijk (Hoofdstuk 5), er spreiding kan zijn in overslagdebieten bij gelijke MKL-positie, vooral in de simulaties van JARKUS raai De correlatie tussen het berekende overslagdebiet en de MKLx-positie op basis van een variërende ondergrens is in Tabel 6.2 gegeven voor beide JARKUS profielen. Hierbij is de MKLx bovengrens constant gehouden op NAP + 3 m. Voor profiel 2120 is het niet mogelijk om een goede relatie te vinden tussen de MKLx-positie en het overslagdebiet. De linkerkant van de grafiek (voor MKL waarden kleiner dan 575 m) laat een negatieve trend zien, waarbij meer zand op de vooroever leidt tot meer golfoverslag en een kleinere veiligheid. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door een toename van golfopzet en/of laagfrequente golfenergie. In H8 wordt hier verder op ingegaan. De correlatie voor JARKUS raai 2240 is sterker dan die van raai 2120, en is maximaal bij een MKLx ondergrens van NAP 0 m. Dit geeft aan dat voor dit profiel, de breedte en hoogte van de aanzienlijke uitbouwing van het profiel boven NAP dominant is voor het bepalen van overslag over de dam. De relatie tussen het overslagdebiet en de MKLx-positie op basis van een ondergrens van NAP 0 m is voor verduidelijking weergegeven in Figuur 6.5. BKLx 29

121 Relatief overslagdebiet t.o.v. maximum debiet (%) Relatief overslagdebiet t.o.v. maximum debiet (%) VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Relatief overslagdebiet JARKUS raai MKL-positie (m + RSP) Relatief overslagdebiet JARKUS raai MKL-positie (m + RSP) Figuur 6.4: Berekende relatieve overslagdebieten ten opzichte van het maximum overslagdebiet voor raai 2120 (boven) en raai 2240 (onder), uitgezet tegen de MKL-positie. Tabel 6.2: Overzicht van de gevonden correlatie tussen MKLx en overslagdebiet bij variërende ondergrens van de MKLx aan de hand van de sommen met de aangepaste profielen van de Brouwersdam, JARKUS raai 2120 (tweede kolom) en raai 2240 (derde kolom). De eerste regel betreft de ondergrens (NAP -5,3 m) van de normale MKL. De MKL ondergrens voor deze locatie is afgeleid uit een nabijgelegen MKL ondergrens omdat voor de Brouwersdam geen MKL ondergrens gedefinieerd is. zmin R R < BKLx

122 Relatieve overslagdebiet t.o.v. maximum debiet (%) VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Relatieve overslagdebiet JARKUS raai R² = 0, MKL-positie (m + RSP) Figuur 6.5: Berekende relatieve overslagdebieten ten opzichte van het maximum overslagdebiet voor raai 2240, uitgezet tegen de MKLx-positie op basis van een ondergrens van NAP 0 m. De zwarte lijn is de beste lineaire regressielijn. Conclusies op basis van de berekeningen bij de Brouwersdam Ten behoeve van dit onderzoek is de hoogte van de dijk dusdanig verlaagd dat er overslag optreed. Eveneens is een voor de dijk gelegen duintje weggehaald in de model schematisatie. Voor raai 2240 bij de Brouwersdam wordt een vrij redelijke relatie gevonden tussen een MKLx met een ondergrens van NAP +0m en overslagdebiet in de orde van 1 10 l/m/s. De normale MKL geeft hiervoor een wat slechtere relatie maar is eveneens toepasbaar. De resultaten voor raai 2120 laten echter een slechtere relatie zien die deels (MKL waarden kleiner dan 575 m) zelfs een negatieve relatie tonen. Extra zand op de vooroever leidt dan tot meer golfoverslag en een kleinere veiligheid. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door een toename van golfopzet en/of laagfrequente golfenergie. In H8 wordt hier verder op ingegaan. BKLx 31

123

124 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 7 Uitwerking Ameland Voor de analyse van de zuidwestpunt van Ameland wordt gekeken naar JARKUS raai 4620 (Figuur 7.1), waar zich de grootse veranderingen in de vooroever voordoen. In deze raai, aan de Waddenzeezijde van het westen van Ameland, bevindt zich een diepe getijdegeul (NAP 22 m). Door migratie van de geul naar de kust toe, neemt het MKL-volume in deze raai de laatste jaren af, zie ook Figuur 7.2 Aan het landwaartse uiteinde van het profiel is een dijk, met een kruinhoogte van NAP + 6,25 m. Figuur 7.1: Ligging JARKUS raai Om inzicht te krijgen in de grootte van de voorspelde overslagdebieten over de kruin van de dijk bij een normatieve storm, zijn verkenningssimulaties opgezet met het XBeach model voor alle gemeten JARKUS profielen tussen 1988 en De simulaties zijn gedraaid met de hydraulische randvoorwaarden voor deze raai (Hs = 1.33 m, Tp = 4.74 s), die bepaald zijn met Hydra-K voor de Wadden Eilanden (versie v3.6.5). Uit de verkenningssimulaties blijkt dat het model voor alle gemeten profielen, geen overslag voorspelt, waardoor geen relatie tussen de MKL-positie en overslagdebieten te bepalen is. Het toepassen van de hydraulische randvoorwaarden voor de Noordzeekust van Ameland uit de Hydraulische Randvoorwaarden Primaire Waterkering leidt tot onrealistisch veel overslag voor een profiel aan de Waddenzeezijde van Ameland. Dit betreft de randvoorwaarden op de 20 m diepte lijn aan de Noordzee zijde (Ameland vak 1 Vogelpolle waterstand 4,5 m, Hs = 1,50 m en voor de Tp geen waarde). Verlaging van de kruinhoogte van de dijk in de modelsimulaties, zoals ook is toegepast in de simulaties van de Westkapelse Zeedijk (Hoofdstuk 5) en de Brouwersdam (Hoofdstuk 6), is gezien de beperkte kruinhoogte van de dijk bij Ameland ten opzichte van stormpeil (NAP + 4,6 m) niet gewenst. Om toch inzicht te krijgen in het effect van de MKL-volume op overslagdebieten in dit gebied, worden nieuwe simulaties uitgevoerd waarin de golfrandvoorwaarden verhoogd worden (Tabel 7.1) ten opzichte van die, die bepaald zijn met Hydra-K. Hierdoor worden de berekende gemiddelde overslagdebieten voldoende groot (1 10 l/m/s) om het effect van de MKL-volume op het overslagdebiet te bepalen. De landwaartse kant van de kruin wordt 10cm verlaagd ten opzichte van de zeewaartse kant om de landwaartse afstroom van overslaande golven te garanderen. De gemeten JARKUS profielen worden tot een diepte van NAP 8 m in de geul in het model toegepast. De aangepaste profielen die gebruikt zijn in deze modelsimulaties zijn weergegeven in Figuur 7.2. BKLx 33

125 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief In totaal zijn 21 simulaties uitgevoerd voor JARKUS raai 2120, één simulatie per profiel van jaar 1989 tot en met 2012, met uitzondering van 1997, 2001 en Voor deze jaren, en het jaar 1988, ontbreken betrouwbare JARKUS data. Figuur 7.2: Gemeten profielontwikkeling bij Ameland, JARKUS raai Tabel 7.1: Toegepaste hydraulische randvoorwaarden in de XBeach simulaties van Ameland, JARKUS raai Waterstand (m + NAP) Significante golfhoogte (m) Piek periode (s) 4,60 3,00 12,5 Figuur 7.3: Toegepaste profielen in XBeach simulaties van Ameland, JARKUS raai Voor de dijk bevindt zich een klein geultje. 34 BKLx

126 Relatief overslagdebiet t.o.v. maximum debiet (%) VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 7.4 toont voor de simulaties van Ameland de relatie tussen het berekende overslagdebiet over de kruin van de zeedijk, gemiddeld over één uur, en de MKL-positie van het toegepaste profiel in het model. Hierbij is voor de bepaling van de MKL-positie een bovengrens van NAP + 3 m en een ondergrens van NAP 4,44 m gehanteerd. Uit de figuur blijkt dat er wel een trend bestaat tussen de MKL-positie en het berekende overslagdebiet, maar dat er spreiding kan zijn in de overslagdebieten bij gelijke MKL-positie. Dit betekent wederom dat voor deze profielen een toename van de MKL-positie niet noodzakelijk leidt tot een verlaging van het overslagdebiet of visa versa. De correlatie tussen het berekende overslagdebiet en de MKLx-positie op basis van een variërende ondergrens is in Tabel 7.2 weergegeven. Hierbij is de MKLx bovengrens constant gehouden op NAP + 3 m. De resultaten geven aan dat de correlatie maximaal is bij een MKLx ondergrens van NAP 0 m. Dit geeft aan dat voor dit profiel, net als voor profiel 2240 voor de Brouwersdam, vooral het gedeelte van het profiel boven NAP van belang is voor het bepalen van overslag over de dam. De relatie tussen het overslagdebiet en de MKLx-positie op basis van een ondergrens van NAP 0 m is voor verduidelijking weergegeven in Figuur 7.5. Echter ook voor de normale MKL is er nog een redelijk verband tussen de MKL waarde en het overslagdebiet Relatief overslagdebiet MKL-positie (m + RSP) Figuur 7.4: Berekende relatieve overslagdebieten ten opzichte van het maximum overslagdebiet, uitgezet tegen de MKL-positie. Tabel 7.2: Overzicht van de gevonden correlatie tussen MKLx en overslagdebiet bij variërende ondergrens van de MKLx aan de hand van de sommen met de aangepaste profielen van Ameland, JARKUS raai De eerste regel betreft de ondergrens van de normale MKL. zmin R BKLx 35

127 Relatieve overslagdebiet t.o.v. maximum debiet (%) VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Relatieve overslagdebiet 120 R² = 0, MKL-positie (m + RSP) Figuur 7.5: Berekende relatieve overslagdebieten ten opzichte van het maximum overslagdebiet, uitgezet tegen de MKLx-positie op basis van een ondergrens van NAP 0 m. De zwarte lijn is de beste lineaire regressielijn. Conclusies op basis van de berekeningen bij de zuidwest punt van Ameland Ten behoeve van dit onderzoek zijn de randvoorwaarden dusdanig verhoogd dat er overslag optreedt. Voor raai 4620 wordt een vrij redelijke relatie gevonden tussen een MKLx met een ondergrens van NAP +0m en overslagdebiet in de orde van 1 10 l/m/s. De normale MKL geeft hiervoor een wat slechtere relatie maar is eveneens toepasbaar. 36 BKLx

128 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 8 Discussie, conclusies en aanbevelingen 8.1 Discussie Opmerkelijke resultaten met betrekking tot golfopzet en laagfrequente golfenergie. In het onderzoek voor de locaties Hondsbossche en Pettemer zeewering en Brouwersdam zijn opmerkelijke resultaten gevonden. Bij de Hondsbossche en Pettemer zeewering gaf de zandsuppletie die in het kustprofiel als een na hoogste was aangebracht een schijnbaar te hoog resultaat ten aanzien van de golfoverslag (Figuur 3.14). De suppletie met NAP +2,46m als hoogste punt geeft een hogere golfoverslag dan de suppletie met NAP +0,17m als hoogste punt. In eerste instantie zou je dat andersom verwachten. Bij nadere analyse (Figuur 3.15) blijkt dit te verklaren door een hogere golfopzet bij de hogere suppletie van ongeveer 10 cm terwijl de hoogfrequente en de laagfrequente golfenergie nagenoeg gelijk zijn. Golfopzet wordt veroorzaakt door het breken van golven en veroorzaakt een gemiddelde waterstandsverhoging op de vooroever en bij de dijk of het duin. Door de hogere waterstand is er vervolgens meer golfoverslag. Bij de Brouwersdam veroorzaakt een forse toename van de zandhoeveelheid op de vooroever tussen 1988 en 2000 (zie Figuur 6.2) en een daarmee gepaard gaande zeewaartse verschuiving van de BKL positie met ongeveer 65 meter een verhoging van de golfoverslag met ongeveer 50 % (toename van de golfoverslag met ongeveer een factor 1,5). Waarschijnlijk is dit te verklaren doordat de golfopzet en/of de laagfrequente golfenergie (golfperiode groter dan 25 seconde) zijn toegenomen terwijl de hoogfrequente golfenergie (windgolven) niet of nauwelijks is afgenomen. Nader onderzoek zal dat moeten uitwijzen. Opgemerkt dient te worden dat alle berekeningen 1D uitgevoerd zijn en dat golfrichtingsspreiding niet is meegenomen, waardoor de laagfrequente golfenergie groter is dan in een geval met veel richtingspreiding. Hierdoor is het mogelijk dat de lange golfenergie en golfopzet bij de teen van de dijk overschat wordt. Daarnaast is bij de berekeningen geen rekening gehouden met morfologische veranderingen van het zandige profiel. Verwacht wordt dat tijdens een storm zich vergelijkbare evenwichtsprofielen zullen instellen waardoor de relatie tussen MKLx waarden en golfoverslag waarschijnlijk beter wordt. Dat laagfrequente golfenergie van belang is blijkt uit de metingen bij de Hondsbossche en Pettemer zeewering. Tijdens de storm in januari 1995 zijn hier golfmetingen verricht bij de teen van de dijk waarvan eveneens het laagfrequente deel is gemeten met golfperioden tussen de 25 en 100 seconde. Deze metingen laten zien dat gemiddeld ongeveer 20 % van de totale golfenergie in het laagfrequente deel zit, met uitschieters in de metingen boven de 30 %, zie Figuur 8.1 (Van Gent en Giarrusso, 2003). De berekende toename in golfoverslag door dit laagfrequente deel varieert tussen de factor 1,5 en de factor 3 (Van Gent en Giarrusso, 2003). BKLx 37

129 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Figuur 8.1: Toename golfoverslag als functie van de verhouding van laagfrequente en totale golfenergie (Van Gent en Giarrusso, 2003). Ten aanzien van het gebruik van een BKLx maat voor het vasthouden van de veiligheidsbijdrage van de vooroever dient nagegaan te worden of er sprake is van golfopzet en/of laagfrequente golfenergie. Indien één van beide substantieel is kan dit een verslechtering van de relatie geven Potentiële locaties voor een BKLx De 20 eerder geïdentificeerde potentiele locaties voor een BKLx zijn nader beschouwd en zijn als volgt onder te verdelen: A B C D Harde keringen op de Waddeneilanden aan de Waddenzeezijde nabij de geulen. De nabijheid van een geul is van belang omdat het anders zeer kostbaar wordt om ter plaatse zand te suppleren omdat schepen niet nabij kunnen komen. De case zuidwestpunt Ameland is hier een voorbeeld van. In deze situaties is vaak geen BKL gedefinieerd en soms worden daar ook geen JARKUS metingen gedaan. Uit de case zuidwestpunt Ameland blijkt dat de BKL waarde een vrij goede maat is voor de veiligheidsbijdrage van de vooroever. Golfopzet en laagfrequente golfenergie spelen hier waarschijnlijk geen belangrijke rol. Aanbevolen wordt om verder na te gaan of voor dit soort situaties eveneens een BKL vastgesteld moet worden voor die gevallen waar deze nog niet vastgesteld is en de JARKUS metingen waar nodig uit te breiden. Een belangrijke randvoorwaarden is dat er een veiligheidsprobleem dreigt en dat op die locaties zandsuppleties mogelijk zijn tegen redelijke kosten. Een kosten baten studie moet verder aangegeven in welke gevallen dit zinvol is. Duinvoetverdedigingen. Hier ligt al een BKL die gehandhaafd wordt. Daarnaast geven duinvoet verdedigingen geen aantoonbare bijdrage aan de veiligheid. Een aanpassing van de BKL naar een BKLx lijkt daarom niet nuttig. Hondsbossche en Pettemer zeewering, Noordwijk, Scheveningen en het Flaauwe Werk. Deze (voormalige) Zwakke Schakels zijn allen op zachte wijze opgelost. Er is of komt een BKL die gehandhaafd wordt. Aanzet Haringvliet sluizen en Oosterschelde Neeltje Jans. Waarschijnlijk voldoende veilig. Eventueel verder onderzoeken. 38 BKLx

130 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief E F G H Brouwersdam en Veersegat dam. In het rapport Aandachtslocaties Veiligheid Kust zijn toekomstige aandachtslocaties voor veiligheid geïnventariseerd. Bij matige zeespiegelstijging gaat het om twee aandachtslocaties met harde keringen de Brouwersdam en de Veersegat dam. Dit betreft mogelijke toekomstige problemen met de bekleding. De voorliggende studie heeft aangetoond dat er zeer waarschijnlijk voor deze locaties sprake is van een relatie tussen het zandvolume en de veiligheid van de kering (overslag). Waarschijnlijk geldt een vergelijkbare relatie voor de bekleding. Deze is echter in deze studie nog niet onderzocht. Mogelijk dat een zandige vooroever en handhaving daarvan met de BKL systematiek de toekomstige veiligheidsproblemen bij de Brouwersdam en de Veersegat dam kan voorkomen. Welke vooroever en welke golfrandvoorwaarden in deze gevallen precies zijn meegenomen in het ontwerp is hierbij ook van belang. (Vermoedelijk is uitgegaan van een diepe vooroever, omdat de dijkhoogte over het gehele traject gelijk is en het grootste gedeelte van de brouwersdam bij de aanleg een diepe vooroever had). Westkapelse Zeedijk. Voor het grootste gedeelte is de vooroever te diep. Aan de randen is al een BKL gedefinieerd en wordt deze in stand gehouden. Dus een BKLx lijkt niet erg nuttig buiten de reeds gedefinieerde locaties. Dijk en boulevard van Vlissingen. Waarschijnlijk is een BKLx niet nuttig, eventueel verder onderzoeken. Harde keringen in Zeeuws Vlaanderen. Deze zijn in het kader van de zwakke schakels aangepakt. De veiligheid zal worden gehandhaafd door een herziening van de BKL. 8.2 Beantwoording vragen uit H1 1. Welke van de twintig locaties dienen naar oordeel van deskundigen meegenomen te worden in het vervolgonderzoek? Deze vraag is tijdens de expertsessie beantwoord. De locaties Westkapelle, Brouwersdam, Petten en Ameland zijn tijdens deze studie nader onderzocht. 2. In hoeverre is er in het ontwerp van de dijk of dam rekening gehouden met het voorliggend zandvolume bij het bepalen van de sterkte en belasting? Bij de toetsing wordt uitgegaan van de randvoorwaarden uit het hydraulische randvoorwaarden boek met betrekking tot ondermeer golfhoogte en waterstand onder maatgevende omstandigheden. Deze randvoorwaarden gelden voor een punt 50 tot 100 meter uit de teen van de dijk. De vooroever tussen dit punt en de teen van de dijk en het daar gelegen bodemprofiel wordt in de toetsing niet meegenomen. In het geval de dijk onveilig getoetst wordt, kan nader onderzoek gedaan worden, waarbij ook de vooroever betrokken kan worden. Bij het ontwerp van een dijk dient rekening gehouden te worden met de vooroever en de mogelijke veranderingen daarin. Er is echter (nog) geen standaard procedure voor de wijze waarop met een vooroever rekening gehouden dient te worden. Dit bovenstaande geldt voor de situaties bij Ameland, Hondsbossche en Pettemer zeewering en bij de Brouwersdam. Bij de laatste versterking van de Westkapelse zeewering (Zwakke schakel) is wel rekening gehouden met de gehele vooroever. 3. Is het voorliggende zandvolume volgens huidige inzichten van wezenlijke invloed op de sterkte van en belasting op de kering? Uit de vier onderzochte cases blijkt dat de vooroever van wezenlijke invloed kan zijn op de belasting en sterkte van de kering. BKLx 39

131 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Echter, in de case Hondsbossche en Pettemer zeewering is uitgegaan van de oude situatie van voor de versterking in het kader van het Zwakke Schakel project, terwijl bij de berekeningen voor de overige drie cases moest worden uitgegaan van lagere dijkhoogten dan in realiteit aanwezig om überhaupt golfoverslag te kunnen simuleren. 4. Wat is bij benadering het extra zandvolume dat in een voor de locatie enigszins natuurlijk profiel weggelegd kan worden en de sterkte en belasting respectievelijk wezenlijk doet toe- en afnemen? In alle onderzochte gevallen is er voldoende ruimte om extra zand te deponeren op de vooroever. Zoals in H 3.3 is getoond geeft een suppletie met 900 m 3 /m 1 bij de Hondsbossche en Pettemer zeewering een wezenlijke toename in de sterkte zolang de bovenkant van de suppletie boven de NAP +0,5 m gelegen is. Naar verwachting geldt dit ook voor andere locaties, waar een ondiepe vooroever aanwezig is. 5. Wat zou, gelet op de antwoorden van vraag 2 en 3, een praktische methode zijn om het voorliggende (extra) zandvolume te onderhouden? Het onderhoud kan normaliter via normale zandsuppleties plaatsvinden. In de case Ameland en vergelijkbare locaties aan de binnenzijde van de Waddeneilanden is de afstand tot de vaargeul van belang. Bij een te grote afstand, tussen de te suppleren locatie en de plek waar het schip kan komen, worden de kosten te hoog en ligt onderhoud middels suppleties niet meer voor de hand. 8.3 Conclusies Van de eerdere 20 potentiële locaties waar een BKLx toegepast zou kunnen worden blijkt, nadat ze tijdens een expertsessie beschouwd zijn, er maar een klein aantal over te blijven waar een BKLx in principe zinvol lijkt. Tijdens de expertsessie zijn vier locaties aangeven waar een verdere beschouwing nuttig is. In de meeste gevallen blijkt er een redelijke relatie te bestaan tussen het volume van het voorland en golfoverslag, een van de parameter die de veiligheid kwantificeert voor kusten met een harde kering (zonder duin). Deze relatie is niet één op één, bij gelijke BKLx-waarden is er sprake van enige spreiding in de overslagdebieten en daarmee de veiligheid (factor 1,2 à 1,3 in kans). Er is niet gerekend met bodemveranderingen, waardoor de golfoverslag enigszins onderschat is en waardoor de werkelijke relatie iets anders zal zijn. Voor deze studie is dat echter niet van belang. Bij het gebruik van de BKL onder- en bovengrens waarden, zoals deze voor de kustlijnzorg gehanteerd worden is de spreiding soms iets groter. Bij gelijke BKL waarden kan het overslagdebiet en daarmee de veiligheid enige mate variëren (een factor 1,2 à 1,5 in kans). In situaties waar golfopzet en/of laagfrequente golfenergie een belangrijke rol spelen kan er een verslechtering van de relatie optreden. Een grotere hoeveelheid zand in de vooroever betekent dan niet altijd minder golfoverslag. De variatie in veiligheid kan oplopen tot een factor 2 en mogelijk hoger. Een relatie is niet eenduidig wanneer er ook boven de BKL bovengrens (+3 meter) volumeveranderingen plaatsvinden. Indien de teen van de dijk lager dan +3 m NAP ligt geeft dit geen problemen. In die gevallen waar de teen hoger ligt kan in de berekeningen een hogere bovengrens genomen worden overeenkomend met de hoogte van de teen. De tot dusver behaalde resultaten van deze studie sluiten goed aan bij het werk aan kwelders dat verricht is in het kader van DP Wadden. Ook daar is een relatie gevonden 40 BKLx

132 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief tussen kweldervolume (uitgedrukt in kwelderlengte en kwelderhoogte) en benodigde kruinhoogte. Aan de binnenzijde van de Waddeneilanden nabij de geulen is er potentie voor het toepassen van een BKL ter handhaving van de veiligheidsbijdrage van de vooroever. Indien de afstand tot de geul en daarmee de suppletiekosten te hoog worden of er sprake is van mogelijke ecologische schade door bijvoorbeeld de aanwezigheid van kelders ligt toepassing van een BKL maat minder voor de hand. In het rapport Aandachtslocaties Veiligheid Kust zijn toekomstige aandachtslocaties voor veiligheid geïnventariseerd. Bij matige zeespiegelstijging gaat het om twee aandachtslocaties met harde keringen: de Brouwersdam en de Veersegat dam. Dit betreft mogelijke toekomstige problemen met de bekleding. De voorliggende studie heeft aangetoond dat er zeer waarschijnlijk voor deze locaties sprake is van een relatie tussen het zandvolume en de veiligheid van de kering (overslag). Waarschijnlijk geldt een vergelijkbare relatie voor de bekleding. Waarschijnlijk kan een zandige vooroever en handhaving daarvan met de BKL systematiek de toekomstige veiligheidsproblemen bij de Brouwersdam en de Veersegat dam voorkomen of uitstellen. Hoofdconclusie Als maat om de veiligheidsbijdrage van de vooroever weer te geven en te toetsen kan de normale BKL gehanteerd worden. Handhaving van de BKL leidt dan binnen een zekere marge tot handhaving van de veiligheidsbijdrage van de vooroever. De BKL is geen vervanging van de huidige veiligheidstoets, het is daaraan wel ondersteunend. Er zijn weinig zeeweringen waar het instellen van een BKLx op termijn het faalmechanisme golfoverslag kan voorkomen. Alleen voor de harde zeeweringen aan de achterzijde van de Waddeneilanden en op niet te grote afstand van de geulen is het instellen van een BKLx mogelijk nuttig; dit vraagt echter wel om een nadere kostenafweging. Voor bekledingen kan een BKLx mogelijk wel nuttig zijn. Echter dat vraagt aanvullend werk. Mogelijk kan een zandige vooroever en handhaving daarvan met de BKL systematiek de toekomstige veiligheidsproblemen bij de Brouwersdam en de Veersegat dam voorkomen of uitstellen. 8.4 Aanbevelingen 1 Aanbevolen wordt om voor de Brouwersdam en de Veersegat dam (veiligheidsproblemen bekleding) en voor de harde keringen op de Waddeneilanden aan de Waddenzeezijde nabij de geulen verder na te gaan of een BKL zinvol is om de veiligheidsbijdrage van de vooroever te handhaven. Het gaat dan in eerste instantie om het uitwerken wat de veiligheids bijdrage van de vooroever is. Als deze significant is kan er een BKL vastgesteld worden die de juiste ligging van de vooroever garandeert. Het uitwerken van deze stap is niet gedaan in dit onderzoek. Voor een eventuele vaststelling is dat wel nodig. 2 In de estuaria (Wadden, Wester- en Oosterschelde) zijn een groot aantal dijken met vooroevers die vanuit het oogpunt van veiligheid van belang zijn. Een maat zoals de BKL om de veiligheidsbijdrage van deze vooroever te monitoren en in stand te houden lijkt zeer zinvol. Een suppletie tegen redelijke kosten moet dan echter wel mogelijk zijn. 3 Onderzoek naar een koppeling van de toets uitkomsten aan het invoeren van een lokale BKL maat. De toetsingsfrequentie gaat naar 12 jaar, in welke tijd er veel kan veranderen aan de vooroever. Denkbaar is de volgende indeling van toets uitkomsten in het geval van dijken met een vooroever (kust en estuaria): BKLx 41

133 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief a. Veilig in de huidige situatie evenals naar verwachting voor de komende 12 jaar inclusief de mogelijke bodemveranderingen b. Veilig in de huidige situatie, maar mogelijk onveilig gegeven de mogelijke veranderingen in de komende 12 jaar van de vooroever. c. Onveilig in de huidige situatie In situatie b. kan invoering van een jaarlijkse monitoring en een BKL maat voorkomen dat de dijk versterkt behoeft te worden. In situatie c. kan verhoging van de vooroever en invoering van een jaarlijkse monitoring en een BKL maat voorkomen dat de dijk versterkt behoeft te worden. 4 In de voorliggende rapportage is alleen gekeken naar golfoverslag. Een zelfde exercitie zou ook voor andere faalmechanismen zoals falen bekleding uitgevoerd moeten worden. De lagere delen van de bekleding hebben eerder baat bij een vooroever en golfopzet en laagfrequente golfenergie spelen hierbij geen rol. 5 In deze studie is de morfologische verandering van de bodem tijdens de storm niet meegenomen. Aanbevolen wordt om dit in een vervolgstudie wel te doen. Verwacht wordt dat de spreiding in berekende overslagdebieten bij gelijke MKL-volumen kleiner worden als morfologische veranderingen worden meegenomen. 6 In deze studie is niet ingegaan op de kosten en baten. Een dergelijk onderzoek wordt aanbevolen. 7 Het XBeach programma is (nog) niet gevalideerd op golfoverslag. Voor bijvoorbeeld de locatie Petten zijn metingen beschikbaar van golfoploop, golfoverslag en hoog en laagfrequente golfenergie, die hiervoor prima geschikt zijn. 8 In het rapport wordt geconcludeerd dat er geen overslag wordt berekend voor de meeste locaties indien gebruik gemaakt wordt van de werkelijke vooroever en dijkprofiel. Voor de Westkapelse Zeedijk is dit in tegenspraak met de recente versterkingen. Dit wordt mogelijk veroorzaakt doordat met het Xbeach model de golven doorgerekend worden tot en met de teen van de dijk. Geadviseerd wordt om dit nader te onderzoeken. In deze studie is vooral onderzoek gedaan naar de relatie tussen de vooroever en de golfoverslag in relatieve zin, niet naar de absolute relatie voor specifieke locaties. 42 BKLx

134 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief 9 Literatuur Deltaprogramma Kust, Rijkswaterstaat en Ministerie I&M (juli 2012), Aandachtslocaties veiligheid kust. Giardino, A. en De Ronde J.G., 2012, Definitie BKL+ concept voor verharde zeeweringen, Rapport Deltares. Van Gent, M.R.A. and C.C. Giarrusso, 2003, Influence of low-frequency waves on wave overtopping, WL Rapport H4297. Roelvink, J. A.; Reniers, A.; van Dongeren, A. R.; van Thiel de Vries, J. S. M.; McCall, R. & Lescinski, J., Modelling storm impacts on beaches, dunes and barrier islands Coastal Engineering, 2009, 56, BKLx 43

135

136 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief A Verslag expertsessie BKLx 10 juni 2013 Aanwezig: Roy Schrijver, John de Ronde, Quirijn Lodder, Wim de Vries, Bert Bulsink, Jan v.d. Graaff, Hans v.d. Sande, Marien Boers, Pieter van Geer Algemeen Dit verslag beschrijft de bespreking op 10 juni 2013 over de mogelijkheden tot het vaststellen van een BKLx. In een korte introductie gaan John en Roy verder in op de achtergronden van het huidige project, het plan van aanpak en een korte introductie van wat precies bedoeld wordt met een BKLx. De basisgedachte achter het vaststellen van een BKLx is dat een toename van de golfbelasting op harde constructies als gevolg van structurele erosie kan worden tegengegaan door het handhaven van de kustlijn voor deze constructies. De doelstelling van dit project luid dus ook het onderzoeken van de mogelijkheid om jaarlijks een BKLx te toetsen om te helpen bij het handhaven van de veiligheid (John). Tijdens de bijeenkomst is over twee onderwerpen gesproken: Wat is een BKLx en welke technische overwegingen spelen een rol bij het vaststellen daarvan? Welke locaties langs de Nederlandse kust zouden zich lenen voor het handhaven van een BKLx en welke locaties zullen tijdens dit project als voorbeeld worden uitgewerkt? Hieronder volgt een weergave van de argumenten en discussies rond deze twee onderwerpen. Wat is een BKLx en welke overwegingen spelen een rol bij het definiëren ervan? In een introductie laat John een figuur zien waarin de essentie van een BKLx wordt weergegeven. In reactie daarop en tijdens het vervolg van het overleg worden de volgende overwegingen meegegeven door de aanwezigen: BKLx A-1

137 VEB-0021, 5 maart 2014, definitief Het is belangrijk dat er naast het eventueel handhaven van een BKLx altijd een toets op de veiligheid blijft bestaan. Het vaststellen van een BKLx moet niet op basis van de huidige situatie, maar juist vanuit de gedachte een minimale situatie te handhaven die bijdraagt aan het handhaven van de veiligheid. Met andere woorden: welke minimale bodemligging is er nodig? Het is de vraag of het effect van het handhaven van een BKLx tot uiting komt bij een toets van de veiligheid. Daarbij zijn de volgende redenen aangegeven: Bij een veiligheidstoets wordt gebruik gemaakt van randvoorwaarden die worden berekend met een golfmodel. In dit model zit een geschematiseerde bodem die alleen bij het afleiden van nieuwe randvoorwaarden wordt aangepast aan de huidige situatie. De hydraulische randvoorwaarden die in een toets van de veiligheid worden gebruikt worden bepaald op enkele gridcellen (vaak 50 tot 100 meter) uit de kust. De toets methodes voor de meeste faalmechanismen laten niet toe de actuele ligging van de bodem tussen het punt van afleiden van de golfrandvoorwaarden en de teen van een constructie mee te nemen. Als gevolg daarvan zal het behouden van een zandvolume direct voor de constructie dus mogelijk niet tot uiting komen tijdens een toets. Welke faalmechanismen moeten als basis worden genomen voor het vaststellen van een BKLx? In sommige gevallen (bijvoorbeeld bij een gebied waar verder uit de kust ook banken aanwezig zijn) zegt de ligging van de vooroever weinig over de uiteindelijke golfcondities bij de teen van een constructie. Samenvattend stelt Wim de vraag: Wat is de kans dat we een BKLx vaststellen en dat we daar in de toetsing geen rekening mee mogen/kunnen houden? Het is belangrijk dat er in het eindrapport op deze vraag teruggekomen wordt. Welke locaties kunnen als pilot in dit project gebruikt worden? Er is vervolgens gesproken over 20 locaties die in het voortraject van dit project zijn genoemd als alle locaties waar potentieel een BKLx vastgesteld zou kunnen worden. Het doel van dit overleg is om tot een lijst van locaties te komen die tijdens het project als voorbeeld kan worden gebruikt voor het vaststellen van een BKLx (zogenaamde pilot locaties). Allereerst worden alle locaties besproken en wordt gesproken over de specifieke kenmerken en waarom een bepaalde locatie wel / niet in aanmerking zou kunnen komen om als pilot A-2 BKLx

Nog meer weergeven