Verkenning veiligheid keerwand Delfzijl

Transcriptie

1 Concept Verkenning veiligheid keerwand Delfzijl (in het kader van het Marconi project) Aan: Van: Projectteam Marconi Albert Prakken WVL Datum: 3 oktober

2 Verkenning veiligheid keerwand Delfzijl (Marconi project) Consequenties nieuwe concept Hydraulische Randvoorwaarden voor veiligheid van de keerwand in Delfzijl Hydraulische Randvoorwaarden 2011 (concept) Voor het toetsen van de primaire waterkeringen zijn in WTI 2011 toetsregels opgesteld met bijbehorende Hydraulische Randvoorwaarden (HR 2011). Omdat er geen nieuwe toetsronde is gestart in 2011 is het WTI instrumentarium (incl. de HR) concept gebleven. Sinds kort is door DGRW per brief aan de waterkeringbeheerders gemeld dar deze nieuwe kennis toegepast mag worden zowel voor beleidsstudies als voor ontwerpen van verbeteringswerken in het kader van het programma nhwbp. Voor de komende 4 e toetsronde zullen de HR naar de huidige inzichten niet wijzigen, dus de HR 2017 zijn gelijk aan de HR Tabel: HR 2006 versus HR 2011=HR 2017 Delfzijl buiten 59 HR 2006 HR 2011=HR 2017 Verschil HW NAP m NAP m m Golfhoogte Hs = 1.25 m Hs = 1.9 m m Golfperiode Tp = 4.0 s geschat Tp = 5.6 s geschat Voor de (op)slingering van de waterstand in een havenbekken wordt standaard een toeslag op de hoogwaterstand van 0.1 m aangehouden. Keerwand uitgevoerd als stalen damwand met bovenop een 75 cm hoge betonnen deksloof als borstwering. Bovenop is een erg smal wandelpad aangebracht met aan de stadzijde een hekwerk en een opstaande betonwand aan de buitenzijde. Aan de binnenzijde is een grondlichaam onder een steile helling aangebracht voorzien van gezette steen en deels bekleed met gras. Veiligheidstoets 2011 met HR 2006 (3 e toetsronde) Voor de keerwand in Delfzijl is in de 3 e toetsronde met de HR 2006 bij een kerende hoogte van NAP m een voldoende toetsresultaat verkregen. De kruinhoogte van de keerwand werd bij de toetsing gesteld op NAP m waardoor een zgn. vrijboordhoogte (= hoogte boven stilwaterstand tot de kruin) beschikbaar is van m om het effect van golfoverslag op te vangen. Er was niet rekening gehouden met enige opslingering in het havenbekken. Hierbij is bij een hoogwaterstand van NAP m voor de golfhoogte in het havenbekken een waarde geschat van ca. 0.4 m verkregen door een transmissie-coëfficiënt te hanteren van 1/3. Hierbij wordt gesteld dat de hoogte van de Handelskade NAP + 3 à 4 m bedraagt en de kade voldoende sterkte bezit om de uitgeoefende golfbelasting te kunnen weerstaan. De bij de golf van 0.4 m optredende golfoverslag over de verticale keerwand was berekend volgens de Leidraad Kunstwerken veel kleiner dan de maatgevende 1 l/s/m. 2

3 Keerwand Delfzijl t.p.v. de parkeerplaats: Veiligheidstoets (4 e ronde) met concept HR 2011=HR 2017 (globale toetsing) Voor de eerstvolgende veiligheidtoets (4 e ronde) die loopt vanaf 2017 tot en met 2022 gelden voor Delfzijl aan de buitenzijde van de Handelskade de nieuwe (concept) hydraulische randvoorwaarden HR 2011=HR Vanwege de hogere Hydraulische Randvoorwaarden moet een eerste globale indicatie worden verkregen of de keerwand voldoende hoogte heeft om de overslag voldoende klein d.w.z. minder dan 1 l/s/m te laten blijven. Voor de transmissie van de golf over de Handelskade Oost wordt een coëfficiënt van 1/3 gehanteerd. Maar vanwege de iets hogere hoogwaterstand en vooral vanwege de hogere golfhoogte (+0.7 m) met een toegenomen golfperiode (+ 1.6 s) is het raadzaam om ook naar iets grotere golfhoogten te kijken. Door de toegenomen golfenergie in de Eems-Dollard zou er meer golftransmissie over de Handelskade naar binnen naar het havenbekken kunnen plaatsvinden. Door deze hogere golfenergie zullen de gebouwen op de Handelskade voor een belangrijk deel worden weggeslagen. De Handelskade zelf is voldoende robuust om aan de buitenzijde de golfklappen bij de hoogwaterstanden te kunnen weerstaan. De golf die dan qua hoogte voor de keerwand kan optreden bedraagt dan 0.65 m. De beschikbare vrijboord boven de maatgevende hoogwaterstand NAP m bedraagt: = 1.15 m. In de figuur op de Bijlage uit de Leidraad Kunstwerken valt af te lezen dat de golfoverslag voor deze waarden ca. 1.1 l/s/m bedraagt. Dus nog juist veilig! Hierbij wordt verondersteld dat de golven loodrecht op de keerwand staan. Rekening houden met een invloedsfactor γ van 0.9 voor scheefinvallende golven levert een kleinere overslag op van 0.6 l/s/m dus nog veilig. Voor de factor γ bij golfinval onder steeds kleinere hoek met de keerwand wordt de overslag steeds kleiner. Gevoeligheid overslag voor golfhoogte en scheefinvallende golven In de figuur in de Bijlage is uitgegaan van een loodrecht invallende golf en een verticale muurconstructie zonder neus op de kruin aan de buitenzijde. In de situatie van de keerwand van Delfzijl zullen de golven echter niet loodrecht op de wand staan vanwege de heersende wind uit het noord-westen bij de 1: conditie. Door de invloed van scheefinvallende golven kan de golfoverslag kleiner worden. In de formule van het overslagdebiet in de Bijlage overgenomen uit de Leidraad Kunstwerken wordt een invloedsfactor γ voor scheefinvallende golven met een minimumwaarde van 0.7 geadviseerd. 3

4 Uit de figuur valt op te maken dat voor de dezelfde vrijboordhoogte van 1.15 m bij een hogere golfhoogte binnen van 0.8 m voor de keerwand er 4 l/s/m over de kruin zal slaan en bij een golfhoogte van maximaal 1.0 m er ca. 13 l/s/m over de kruin slaat. Dit is beduidend hoger dan de huidige norm van 1 l/s/m. Brengen we een invloedsfactor γ van 0.9 in rekening dan wordt de golfoverslag berekend op resp. 2.5 l/s/m en 10 l/s/m. Met een minimum invloedsfactor γ van 0.7 reduceert de golfoverslag tot resp. 0.6 en 3 l/s/m. Keerwand Delfzijl met voorliggende constructies (soort hoog voorland) die zorgen voor extra demping van golven. Onder maatgevende conditie komen de golven vanuit het noord-westen en zullen iets bijdraaien en daarna over de Handelskade slaan. Onder invloed van de heersende wind zullen de interne golven in het havenbekken voor de keerwand nagenoeg aflandig dus van de keerwand af gericht zijn. Voor de golfwerking zou een minimale waakhoogte boven de stilwaterstand van 0.5 m kunnen volstaan. Hier bovenop moet nog rekening worden gehouden met 0.1 m voor opslingering in het havenbekken. Veiligheidstoets (5 e ronde) op basis van concept HR 2011 (globale toetsing) Voor de 5 e toetsronde zal de verwachte hoogwaterstanden t.o.v. de hoogte van de keerwand relatief verder toenemen met ca m: 0.15 m voor zeespiegelstijging W+ en 0.10 m voor bodemdaling door gaswinning. De verwachte golfhoogte voor de keerwand zal ongeveer gelijk blijven aan 0.7 m. De vrijboordhoogte boven de stilwaterstand wordt verkleind van 1.15 m naar ca m. Uit de figuur lezen we nu een golfoverslag af bij een golfhoogte van 0.7 m van 4 l/s/m. Dit is meer dan de toelaatbare 1 l/s/m. De keerwand zal hierdoor onvoldoende veilig worden beoordeeld! Houden we daarbij rekening met een invloedsfactor van 0.9 voor scheefinvallende golven dan wordt de golfoverslag berekend op 2.5 l /s/m en met een minimum factor γ van 0.7 op 0.7 l/s/m. In het laatste geval zou de keerwand nog juist veilig kunnen worden beoordeeld! Bij dergelijke kritische toetsresultaten zal een toets op maat nodig zijn om meer inzicht te krijgen in de werkelijke belastingsituatie voor de keerwand tijdens de maatgevende 1: conditie. Door de heersende wind uit het noord-westen zullen de golven onder een kleine hoek op de keerwand aankomen en minder overslag geven dan een loodrecht invallende golf. Keerwand bestaande uit een enkelvoudige damwand tijdelijk verfraaid met beschilderingen met bovenop een betonnen deksloof als borstwering. De hoeveelheid te accepteren golfoverslag zou kunnen worden verhoogd tot 10 l/s/m mits de keerwand bij deze conditie stabiel blijft en er voldoende afvoercapaciteit achter de keerwand aan de stadzijde aanwezig is. 4

5 Veiligheidstoets 2065 met ontwerp HR 2065 Voor een schatting van de veiligheidsituatie van de keerwand met de ontwerp HR 2065 gebaseerd op de nieuwe concept HR 2011 gaan we uit van dezelfde uitgangspunten als Haskoning in haar rapport Update analyse klimaatbestendige Chemiedijk : Huidige 1: toetspeil NAP m Waterstandstijging W+ scenario= m Bodemdaling 0.16 m neem 0.15 m Robuustheidstoeslag 0.1 m Buistoten en -oscillaties 0.1 m buiten Opslingering in het havenbekken 0.1 m extra toegevoegd Hier komt het ontwerppeil volgens Haskoning uit op NAP m (afgerond). Met de robuustheidstoeslag van 10% voor de golfhoogte en golfperiode wordt de ontwerpgolfhoogte bepaald zoals in onderstaande tabel staat aangegeven. Ook nu is een transmissiecoëffinciënt van 1/3 aangehouden. Tabel: Ontwerpgolfrandvoorwaarden keerwand Delfzijl 2065 Delfzijl Golfhoogte bij HR 2017 Golfperiode bij HR 2017 Golfhoogte bij HR 2065 Golfhoogte bij HR 2065 Verschil in golfhoogte Buitenzijde 1.9 m 5.6 s 2.1 m 6.15 s m haven Binnenzijde havenbekken 0.65 m 5.6 s 0.7 m 6.15 s m Bij de aangehouden kruinhoogte van de keerwand van NAP m bedraagt de vrijboordhoogte voor 2065 nu echter maar 0.5 m omdat deze wordt verkleind door: zeespiegelstijging W+ scenario van 0.4 m en door de bodemdaling door gaswinning van afgerond 0.15 m. De door Haskoning gehanteerde robuustheidstoeslag van 0.1 m wordt niet apart meegenomen omdat er voldoende onzekerheid in de cijfers is meegenomen. Uit de figuur valt af te lezen dat de golfoverslag over de keerwand nu ca. 15 l/s/m bedraagt en dus (veel) meer is dan de norm van 1 l/s/m. De keerwand is voor 2065 onveilig! Conclusie veiligheid keerwand Delfzijl De keerwand van Delfzijl is voor de volgende 4 e toetsronde nog juist veilig. De golfoverslag wordt voor de nieuwe concept HR 2011 berekend op ca.1 l/s/m gelijk aan de huidige norm voor de toelaatbare golfoverslag. Rekeninghoudend met de invloed van scheefinvallende golven zal de overslag zelfs nog af kunnen nemen. Voor de 5 e veiligheidstoets volgend op de 4 e toets van zal de keerwand onveilig worden beoordeeld vanwege de iets te grote golfoverslag over de kruin. Kijken we kritisch naar de 1: conditie van de invallende golven die voor overslag over de keerwand zorgen, dan kan enige reductie worden toegepast voor de invloed van scheefinvallende golven. Er zal dan een toets op maat dienen te worden uitgevoerd om een juiste veiligheidsbeoordeling te kunnen uitvoeren. Voor het zichtjaar 2065 voor het Marconi project is de keerwand in ieder geval onveilig vanwege de toename in de verwachte hoogwaterstanden als gevolg van de zeespiegelstijging volgens het W+ scenario. Ook de nog te verachte bodemdaling door gaswinning speelt daarbij nog een belangrijke rol. 5

6 Verbeteropties keerwand De bestaande keerwand kan worden aangepast voor te grote overslag door de bovenzijde aan te passen. De betonsloof kan worden verwijderd en daarvoor in de plaats kan een iets hogere betonnen sloof met aan de buitenzijde een uitgebouwde neus. Een dergelijke constructie zorgt voor een reductie van de golfoverslag. Ook kan worden overwogen een extra damwand aan de stadzijde aan te brengen met bovenop de dubbele wand een betonnen parapet-constructie te plaatsen. Een parapet heeft een gebogen of druppelvorm (als kunstzinnige uitvoering?) die optimaal opspattend water tegenhoudt en golven terugkaatst naar buiten. Daar waar de keerwand als kistdam met daarboven op een wandelpad moet wel als één geheel worden aangepast. Hier zou nog gekeken kunnen worden of een demontabele wand of beweegbare constructie, die omhoog komt bij hoogwater, mogelijkheden biedt. Een andere optie voor versterking van de keerwand is om aan de voorzijde een golfremmend oplopende voorland aan te brengen dat voldoende golfresistent is bekleed met gras of steen. Als laatste optie maar wel kostbare optie kan de keerwand in z n geheel worden vervangen door een betonnen keerwand deels als kistdam met een wandelpad er bovenop. Aan de buitenzijde uitgevoerd met een neus voor reductie van golfoverslag. In Harlingen is een dergelijke keerwand aan de westzijde van de stad gebouwd. Vanwege de zware dynamische golfbelasting moest de kering extra sterk worden gefundeerd met een licht meebewegende fundatie wat heeft geleid tot hoge aanlegkosten. Het tijdstip van uitvoering van verbetering van de keerwand is wel een punt van aandacht en wordt bepaald door enerzijds waterveiligheid en anderzijds door de wens van gemeente Delfzijl om ruimtelijke kwaliteit rond de keerwand op korte termijn te verbeteren. Voorbeeld van een mogelijke toepassing van een (grote) parapetconstructie als stormschild bovenop de Afsluitdijk naar een idee van het Ingenieursbureau Oranjewoud: Aanbevelingen Laat door Haskoning of Deltares eerst uitzoeken hoe groot het golfeffect in het havenbekken voor de keerwand is tijdens de maatgevende stormconditie 1: voor enkele toekomstige zichtjaren: bijv. 2017, 2029 en Deze jaren komen overeen met de start van de 3 opeenvolgende 12 jarige veiligheidstoetsingen. Vooral de hoek van inval ter plaatse van de keerwand is belangrijk voor de te verwachten golfoverslag.. Met een ruimtelijk rekenmodel zou per onderdeel van de keerwand kunnen worden bepaald wat de golfwerking in het havenbekken voor de keerwand is. Hiermee kan vervolgens de verwachte hoeveelheid overslag vervolgens worden berekend met bestaande formules uit de Leidraad. In verband met onzekerheid over de huidige kerende hoogte van de keerwand, NAP m volgens Deltares rapporten of NAP m volgens het toetsrapport, moet uitgezocht worden wat de huidige kerende hoogte t.o.v. NAP van de hele keerwand precies is. 6

7 Bijlage: Overslagdebiet over verticale constructies uit Leidraad Kunstwerken Figuur: Debiet over verticale constructies als functie van kruinhoogte t.o.v. de waterstand en de golfhoogte Formule overslagdebiet over verticale constructie: De invloedsfactor voor scheef invallende golven bedraagt minimaal 0.7. Minimaal benodigde kruinhoogte boven stilwaterstand: 7