WATERVEILIGHEID BIJ EEN DUBBELE DIJK

Transcriptie

1 WATERVEILIGHEID BIJ EEN DUBBELE DIJK ONDERZOEK NAAR DE FYSIEKE MAATREGELEN VAN HET SYSTEEM DE DUBBELE DIJK Naam: Stefan Hofsté School: NHL Hogeschool Bedrijf: Boskalis Nederland Datum: Afstudeerrichting: Waterbouwkunde Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 1

2 WATERVEILIGHEID BIJ EEN DUBBELE DIJK ONDERZOEK NAAR DE FYSIEKE MAATREGELEN VAN HET SYSTEEM DE DUBBELE DIJK Datum: 15 juni 2017 Plaats: Auteur: Delfzijl J.S. Hofsté Studentnummer: Specialisatie Onderdeel: Waterbouw Afstudeerscriptie Opdrachtgevers: Boskalis Nederland Waalhaven Oostzijde 85 Postbus AE Rotterdam NHL Hogeschool Rengerslaan 10 Postbus DD Leeuwarden Afstudeerbegeleiders: Dhr. Ing. J.T. de Vries Dhr. Ir. P.H.H. Stuurwold Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 2

3 Voorwoord Voor u ligt de afstudeerscriptie Waterveiligheid bij een dubbele dijk, een onderzoek naar de fysieke maatregelen van het systeem de dubbele dijk ten behoeve van de waterveiligheid. Deze afstudeerscriptie is geschreven in opdracht van de NHL Hogeschool en Boskalis Nederland en onder begeleiding van het waterschap Noorderzijlvest en Witteveen+Bos. Het onderzoek is gestart in februari 2017 en afgerond in juni Tijdens de opleiding Civiele Techniek aan de NHL Hogeschool is er in semester 6 de specialisatierichting waterbouw gekozen (Harbour, Coast & Dredging). Vervolgens is er in semester 7 stage gelopen in deze specialisatierichting. In mijn geval betreft dit een stage bij Boskalis Nederland op het project Dijkverbetering Eemshaven Delfzijl. Tijdens deze stage heb ik onderdeel uitgemaakt van het team dijkontwerp, bestaande uit Boskalis en Witteveen+Bos. De werkzaamheden bestonden uit het werken aan het ontwerp van de reguliere hoogwateropgave. Dit rapport bestaat uit het afstudeerwerk van een deelproject van de dijkversterking tussen de Eemshaven en Delfzijl. In een brainstormsessie met de ontwerpleider reguliere hoogwateropgave, de integrale ontwerpleider en de projectleider van het project is de onderzoeksvraag over de waterveiligheid bij een dubbele dijk naar voren gekomen. Deze onderzoeksvraag is voorgesteld aan de begeleider van de NHL Hogeschool en goedgekeurd. Met goede ondersteuning van het Waterschap, NHL Hogeschool, projectteamleden en andere specialisten is dit onderzoek mogelijk geworden. Allereerst wil ik Jasper Bakker (Boskalis) bedanken dat het voor mij mogelijk is gemaakt om bij Boskalis te mogen afstuderen. Verder wil ik mijn schoolbegeleider Hans de Vries en mijn bedrijfsbegeleider Paul Stuurwold bedanken voor de feedback en hulp tijdens het afstuderen. Tevens ben ik het waterschap Noorderzijlvest dankbaar voor de ondersteuning tijdens het gehele afstudeerproces en dan in het bijzonder Marco Veendorp en Ron Hölscher. Ten slotte ben ik de volgende specialisten dankbaar dat zij voor mij de moeite hebben genomen om hulp te bieden over bepaalde onderwerpen: Ruben Jongejan, Jan Tichelaar, Matthijs Kok en Fred Lenting. Zonder hulp en ondersteuning van bovenstaande personen was het mij niet gelukt dit onderzoek te voltooien. Het onderzoek vond ik zeer interessant en ik heb hiervan veel geleerd. Het leuke van dit afstudeerwerk is dat ik aan de beginselen van ontwerpen aan dijken heb mogen werken en dat ik toch de verdieping heb kunnen opzoeken. Ik wens u veel leesplezier! Stefan Hofsté Delfzijl, 15 juni 2017 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 3

4 Samenvatting Naar aanleiding van de dijkverbetering tussen de Eemshaven en Delfzijl is het pilot-project de dubbele dijk opgezet. Bij deze dijkverbetering wordt de waterveiligheid niet gewaarborgd door één robuuste dijk, maar door twee dijken. Het is onduidelijk wat het effect van een dubbele dijk is op de waterveiligheid en hoe het ontwerp van de achterliggende dijk eruit komt te zien. De doelstelling van dit onderzoek is om bij een viertal varianten de hoogte van de achterliggende dijk te verkrijgen. De dubbele dijk bestaat uit de huidige voorliggende dijk waar een tweede achterliggende dijk wordt aangelegd. Tussen deze dijken zijn twee gebieden ingericht waarbij één gebied fungeert als slibvang en in het andere gebied wordt zilte landbouw gepleegd. Deze activiteiten worden mogelijk gemaakt door het inlaten van buitenwater door middel van getijdeduikers. Het slibrijke water stroomt door getijdewerking het tussenliggend gebied binnen en bezinkt, waardoor het slib later kan worden afgegraven. Door het toelaten van buitenwater als gevolg van instroming door de getijdeduikers of door golfoverslag, dient er aandacht te worden besteed aan de effecten hiervan op beide dijken. Het ontwerp volgt de richtlijnen van het ontwerpinstrumentarium 2014v3 en wanneer dit kan het ontwerpinstrumentarium 2014v4. Het laatste ontwerpinstrumentarium is een voorproductie van de nieuwe normering die in 2018 beschikbaar wordt gesteld. Hier wordt niet meer gekeken naar de overschrijdingskans van een dijkring, maar naar de overstromingskans van een dijktraject. De dijk waar de dubbele dijk is gelokaliseerd, is onderdeel van dijktraject 6-7 waar een maximaal toelaatbare overstromingskans geldt van 1:3000 jaar. Bij een dubbele dijk is het in de waterveiligheidsfilosofie toegestaan dat er schade optreedt aan de voorliggende kering. Dit is toegestaan omdat er pas een overstroming plaatsvindt wanneer de achterliggende dijk bezwijkt. Er kan dus gesteld worden dat de dubbele dijk faalt wanneer de achterliggende dijk faalt. In dit onderzoek is voor de dubbele dijk een viertal varianten opgesteld. Deze varianten kenmerken zich door een aanpassing aan de voorliggende kering waarvan het effect op de achterliggende kering wordt onderzocht. De vier varianten zijn: 1. De voorliggende dijk fungeert als restprofiel als gevolg van erosie aan het buitentalud. Er wordt dus niets aangepast aan de voorliggende dijk. 2. Bij de voorliggende dijk wordt op het buitentalud vanaf de huidige bekleding een breuksteenbekleding (vol & zat gepenetreerd met beton) opgetrokken tot aan de kruin. 3. De voorliggende dijk wordt gedimensioneerd zoals in de reguliere dijkverbetering toegepast wordt. Er is hier dus sprake van variant twee inclusief een kruinverhoging van plusminus 0,4 [m]. 4. Bij de voorliggende dijk wordt op het buitentalud vanaf de huidige bekleding doorgroeistenen opgetrokken tot aan de kruin. Het uitgangspunt bij de eerste variant is dat het restprofiel bestaat uit de geometrie van de oude zeedijk. De oude zeedijk is een kleikern in de huidige dijk. In dit geval is er sprake van overloop van het buitenwater, waar de achterliggende dijk op deze waterstand gedimensioneerd moet worden in verband met de kleine komberging. Voor het bepalen van de hydraulische randvoorwaarden in het tussenliggend gebied wordt het restprofiel als een type golfbreker toegepast. Met deze hydraulische waarden kan middels PC-Overslag de hoogte van de achterliggende dijk bepaald worden. Alvorens wordt gestart met het berekenen van variant twee tot en met vier, is eerst de betrouwbaarheid sluiting onderzocht. Door het stellen van eisen aan de procedures en maatregelen is ervoor gezorgd dat bij het sluiten van de duiker, deze duiker dan ook voldoet aan de betrouwbaarheid sluiting. Hiervoor is in de berekening een sluitpeil bepaald van 1,75 [m + NAP], wat bij hoogwater het instromend volume is in het tussenliggend gebied. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 4

5 Vervolgens is bij de tweede en vierde variant eerst het overslagdebiet bepaald, waarna de waterstand in het tussenliggend gebied is bepaald. Met deze waterstand, het instromend volume (bepaald door sluitpeil), strijklengte en windgegevens is de opwaaiing en golfgroei berekend. Dit geldt hetzelfde voor variant drie, maar hier zijn de overslaghoeveelheden al bepaald door Witteveen+Bos. Dit na aanleiding van de huidige dijkverbetering. In onderstaande tabel zijn de resultaten van de achterliggende kering weergegeven: Tabel 1: Kruinhoogtes van de achterliggende kering Noordelijk pand (zilte landbouw) Variant Kruinhoogte [m] 1: Restprofielbenadering 7,58 2: Optrekken breuksteenbekleding 4,21 3: Reguliere dijkverbetering 3,60 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen 5,23 Zuidelijk pand (slibvang) 1: Restprofielbenadering 7,47 2: Optrekken breuksteenbekleding 3,44 3: Reguliere dijkverbetering 3,30 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen 3,74 De bijbehorende kosten zijn bepaald met een eenheidsprijs van 15.- [euro/m 3 /m 1 ]. De kosten worden beperkt doordat het klei lokaal kan worden gewonnen uit het tussenliggend gebied. De kosten van de aanpassing van de voorliggende kering dienen nog te worden onderzocht. De kostenraming van de achterliggende kering is als volgt: Tabel 2: Kostenraming achterliggende dijk Noordelijk pand (lengte = 1450 [m]) Variant Euro 1: Restprofielbenadering ,- 2: Optrekken breuksteenbekleding ,- 3: Reguliere dijkverbetering ,- 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen ,- Zuidelijk pand (lengte = 1050 [m]) 1: Restprofielbenadering ,- 2: Optrekken breuksteenbekleding ,- 3: Reguliere dijkverbetering ,- 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen ,- Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 5

6 Inhoudsopgave Voorwoord... 3 Samenvatting... 4 Verklarende begrippenlijst Inleiding Aanleiding Probleemstelling Doelstelling Vraagstelling Methodiek Systeem- en functiebeschrijving Een dubbele dijk Vormgeving van een dubbele dijk De locatie van de dubbele dijk Morfologie in het Eems-Dollard estuarium Kwetsbare delen Binnentalud voorliggende kering Buitentalud voorliggende kering Ondergrond achterliggende dijk Buitentalud achterliggende dijk Afgraven slib tussenliggend gebied Algemene veiligheidsfilosofie Introductie Signaleringswaarde en ondergrens Primaire kering bij de dubbele dijk Invulling waterveiligheid dubbele dijk Randvoorwaarden Hydraulische randvoorwaarden Maaiveld tussenliggend gebied Golfoverslag Overslagbestendigheid voorliggende kering Schetsontwerp achterliggende dijk Methodiek Algemene uitgangspunten Betrouwbaarheid sluiten Uitgangspunten Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 6

7 7.2 Toelichting berekening Resultaten berekening Variant 1: Restprofielbenadering Uitgangspunten Toelichting berekening Golfbreker-effect op hydraulische randvoorwaarden Resultaat berekeningen Conclusie en aanbevelingen Variant 2: Optrekken bekleding met gepenetreerde breuksteen Uitgangspunten Toelichting berekening Resultaat berekening Conclusie en aanbevelingen Variant 3: Reguliere dijkverbetering Uitgangspunten Toelichting berekening Resultaat berekening Conclusie en aanbevelingen Variant 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen Uitgangspunten Toelichting berekening Resultaat berekening Conclusie en aanbevelingen Opzet kostenraming Resultaten Eindconclusie Aanbevelingen Algemene aanbevelingen Aanbevelingen betrouwbaarheid sluiting Variant 1: Restprofiel Variant 2: Optrekken breuksteenbekleding Variant 3: Reguliere dijkverbetering Variant 4: Optrekken doorgroeistenen Literatuurlijst Illustratie- en tabellenlijst Illustratielijst Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 7

8 16.2 Tabellenlijst Bijlage I Berekening Hoofdstuk Bijlage II Betrouwbaarheid sluiting inlaatduiker Bijlage III Betrouwbaarheid sluiten uitlaatduiker Bijlage IV Variant 1: Noordelijk pand Bijlage V Variant 2: Noordelijk pand Bijlage VI Variant 3: Noordelijk pand Bijlage VII Variant 4: Noordelijk pand Bijlage VIII Variant 1: Zuidelijk pand Bijlage IX Variant 2: Zuidelijk pand Bijlage X Variant 3: Zuidelijk pand Bijlage XI Variant 4: Zuidelijk pand Bijlage XII Berekening kosten Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 8

9 Verklarende begrippenlijst Begrippen Definitie Bron Achterland Het gebied aan de landzijde van de kering. (Watervragen.nl, 2013) Achterliggende kering Dijk aan de landzijde. n.v.t. Binnentalud Helling van het dijklichaam aan de landzijde van de dijk. (Watervragen.nl, 2013) Buitentalud Helling van het dijklichaam aan de waterzijde. (Watervragen.nl, 2013) Dijktraject Delen van een dijk met dezelfde norm. (ENW, 2016) Estuarium Faalkanseis Hersteltijd Hydraulische randvoorwaarden (HR2006) Hydra-uitvoerpunten Komberging Kwetsbaarheid Lengte-effect Ondergrens Overlopen Overschrijdingskans Pilot Primaire kering Raai Een vaak min of meer trechtervormige monding van een rivier, die binnen het bereik van de getijdestromingen ligt. De eis die gesteld wordt aan de maximale faalkans (voorheen norm). De tijd die nodig is om de schade aan de waterkering te repareren. Parameters die betrekking hebben op het gedrag van het water in de Waddenzee (golven, waterstand, etc.). Locatie waar de hydraulische randvoorwaarden zijn bepaald. De waterbergingscapaciteit van het gebied tussen de beide keringen van de dubbele dijk. Verhoging van risico voor het optreden van schade en/of het falen Het effect dat de faalkans bij een lange dijkstrekking groter is dan de faalkans op één specifieke locatie in het dijktraject. De overstromings- of faalkans waarop de waterkering minimaal berekend moet zijn. Water loopt over de kruin van de dijk het achterland in. Een wettelijke norm waarin geëist wordt wat de maximale overschrijding mag zijn. Testproject voordat het op grote schaal in praktijk gebracht wordt. De kering die bescherming biedt tegen overstromingen. Bepaalde (haaks op de oever) uitgezette denkbeeldige lijn. (Watervragen.nl, 2013) n.v.t. n.v.t. n.v.t. n.v.t. n.v.t. n.v.t. (ENW, 2016) (ENW, 2016) (Watervragen.nl, 2013) n.v.t. n.v.t. Restprofiel Profiel dat overblijft na erosie. n.v.t. Schermdijk Voorliggende kering dat achterliggend water afschermt. (Watervragen.nl, 2013) (Watervragen.nl, 2013) n.v.t. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 9

10 Signaleringswaarde Slaperdijk Een waarde die leidt tot een melding bij het Ministerie van Infrastructuur en Milieu, wanneer de overstromingskans groter is dan deze waarde. Landinwaarts gelegen reservedijk bij een zeedijk. Slibmotor Ingericht gebied voor het winnen van slib. n.v.t. (ENW, 2016) (Watervragen.nl, 2013) Voorland Buitendijks gebied gelegen tegen de dijk. (Watervragen.nl, 2013) Voorlandkering Waterkering gelegen in het voorland. n.v.t. Voorliggende kering Dijk aan de waterzijde. n.v.t. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 10

11 1 Inleiding 1.1 Aanleiding Beheerders van primaire waterkeringen dienen tenminste eens in de twaalf jaar de keringen te beoordelen of deze voldoen aan de veiligheidseisen. Deze beoordeling valt binnen de termijn van de zogeheten toetsrondes (Helpdesk water, 2017). Zo is vanuit de derde toetsronde ( ) gebleken dat de primaire waterkering tussen de Eemshaven en Delfzijl niet voldoet aan het vereiste veiligheidsniveau conform de Waterwet. De dijk is over een lengte van circa 11,5 [km] afgekeurd op binnenwaartse macrostabiliteit, wat als gevolg kan hebben dat een grondlichaam aan de binnenzijde kan afschuiven. Verder is er circa 8 [km] dijkbekleding aan de buitenzijde van de dijk afgekeurd, onder andere omdat de grasbekleding in de golfklapzone zit (Witteveen+Bos, 2016). Gezien deze twee bevindingen dienen er versterkingsmaatregelen te worden genomen. Verder bevindt de dijk zich in een aardbevingsgebied en mede daardoor wil het waterschap Noorderzijlvest de dijk ook aardbevingsbestendig maken. Vanwege de urgentie als gevolg van de aardbevingsproblematiek is het project in een versneld tempo opgezet met een korte doorlooptijd van de uit te voeren versterkingsmaatregelen. Tezamen met de dijkverbetering is er samenwerking gezocht op het gebied van natuur, landbouw, toerisme, recreatie en duurzame energie en meegenomen als koppelprojecten in het dijkversterkingsproject. Deze koppelprojecten bestaan uit het concept van de rijke dijk (palenbos, getijdepoeltjes en vogelbroedeilanden), stadsstrand Marconi, fietspad kiek over diek en een innovatief dijkconcept de dubbele dijk. De doelstelling van het Waterschap Noorderzijlvest bij de dubbele dijk is het aanleggen van een tweede dijk (binnendijks) achter de huidige primaire kering, waarbij de huidige kering niet wordt verhoogd (Noorderzijlvest, 2017). In het gebied tussen de twee keringen is er ruimte voor getijdewerking waar zilte landbouw, natuur en slibwinning mogelijk is. Dit onderzoek is gericht op het deelproject de dubbele dijk, zie Figuur 1. De provincie Groningen heeft een variantenstudie gedaan naar de mogelijkheden voor het inpassen van een dubbele dijk. De dubbele dijk zal naast het verbeteren van de waterveiligheid ook goed zijn voor de natuur, recreatie en landbouw. Verder wordt er door getijdewerking een slibvang gecreëerd, waarbij het slib later weer wordt afgegraven en hergebruikt kan worden. Daarnaast geeft de provincie Groningen (2016) aan dat het realiseren van de dubbele dijk financieel aantrekkelijker is dan de traditionele dijkverbetering. De dubbele dijk dient eind 2018 gereed te zijn. De dubbele dijk betreft een innovatieve dijkversterking waarbij nog niet duidelijk is hoe dit type kering past in de veiligheidsfilosofie van de primaire keringen, zoals hoogleraar Matthijs Kok in de Volkskrant vertelt: Hoogleraar waterveiligheid Matthijs Kok van TU Delft, niet betrokken bij het project, vindt het prima dat er experimenten plaatshebben met natuur, zilte landbouw en slibwinning. 'Zo'n nieuwe lage slaperdijk lijkt echter niet veel toe te voegen aan de veiligheid. De veiligheid van het gebied wordt vooral gegarandeerd door een verstevigde primaire kering. Maar ik ben benieuwd naar de nog uit te voeren veiligheidsstudie.' (Didde, 2015) Figuur 1: Inpassing dubbele dijk in de omgeving Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 11

12 1.2 Probleemstelling De visie van het Waterschap Noorderzijlvest aan de start van afstuderen bij de dubbele dijk is dat de huidige dijk niet wordt verhoogd en dat er een lagere achterliggende dijk (binnendijks) wordt aangelegd. Het is onduidelijk wat hiervan het effect is op de waterveiligheid, omdat de benodigde kruinhoogte van de achterliggende dijk niet bekend is. Daarnaast is het niet bekend of er toch aanpassingen gedaan moeten worden aan de voorliggende kering om de waterveiligheid te waarborgen en welk invloed deze aanpassingen hebben op de kruinhoogte van de achterliggende kering. Samenvattend zijn de volgende probleemstukken gedefinieerd: Het is onbekend wat de exacte invloed is van het optrekken van de harde bekleding aan de buitenzijde van de dijk op de hoogte van de achterliggende dijk; Het is onbekend wat de exacte invloed is van het verhogen van de kruin bij de voorliggende kering op de hoogte van de achterliggende dijk; Het is onbekend wat de exacte invloed is van het restprofiel op de kruinhoogte van de achterliggende kering. 1.3 Doelstelling Dit onderzoek heeft als doel de dimensionering van het systeem de dubbele dijk, waarbij op basis van wijzigingen aan de voorliggende kering, de verschijningsvorm van de achterliggende kering bepaald wordt. Wegens het ontbreken van professionele ervaring is er geen volledige kansberekening (probabilistische benadering) worden gedaan en bovendien is gezien de tijd geen volledig ontwerp geleverd. Het ontwerp heeft het karakter hebben van een schetsontwerp, waarin alleen de geometrie van de achterliggende dijk getekend staat. 1.4 Vraagstelling De hoofdvraag die centraal staat in dit onderzoek is als volgt: Welke fysieke maatregelen zijn benodigd om de dubbele dijk in te passen binnen de veiligheidsfilosofie van de primaire keringen? Om de hoofdvraag zo zorgvuldig mogelijk te kunnen beantwoorden, is deze opgedeeld in deelvragen: Hoe werkt het systeem van een dubbele dijk met betrekking tot de waterveiligheid? Welke normeringen en randvoorwaarden gelden voor het systeem de dubbele dijk in relatie tot het ontwerpinstrumentarium (OI) en het wettelijke beoordelingsinstrumentarium (WBI)? Wat is de invloed van het toestaan van het restprofiel bij de voorliggende dijk op de dimensionering van de achterliggende dijk? Wat zijn de afmetingen van de achterliggende kering als er niets wordt gedaan aan de voorliggende kering en wanneer er wel aanpassingen plaatsvinden aan de voorliggende kering? Hoe is het binnentalud van de voorliggende kering opgebouwd gezien de grotere overslagdebieten? 1.5 Methodiek Het onderzoek is verricht middels een deskresearch, waarbij voorgaande onderzoeken over de dubbele dijk worden geraadpleegd en literatuur die aansluit op de nieuwe normering. Een voorbeeld van literatuur dat hierop aansluit is het ontwerpinstrumentarium 2014 versie 4 (Rijkswaterstaat, 2016), dit is een document dat doorontwikkeld wordt tot het ontwerpinstrumentarium van Verder is in dit onderzoek gebruik gemaakt van fieldresearch middels het benaderen van experts behorende bij organisaties zoals: Boskalis, Witteveen+Bos, Noorderzijlvest, Arcadis en TU Delft. Daarnaast zijn de uitgewerkte stukken op meerdere momenten voorgelegd aan de begeleiders voor een controleslag. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 12

13 Het onderzoek is verdeeld in drie onderdelen: Onderdeel 1: Systeem- en functiebeschrijving In dit onderdeel is op hoog abstractieniveau de functie van de (huidige) voorliggende kering, het tussenliggend gebied en de achterliggende kering beschouwd. Daarnaast is onderzocht wat volgens de veiligheidsfilosofie de primaire kering is; de voorste, achterste of een combinatie van beide keringen. Zie Hoofdstuk 2 en 3. Onderdeel 2: Normeringen en randvoorwaarden Het tweede onderdeel kwam als eerste tot stand door een beschrijving van de normeringen en de relevantie hiermee op de dubbele dijk. Daarna bestond het onderzoek uit de relevante randvoorwaarden die invloed hebben op het ontwerp van de dubbele dijk. Hierbij wordt gedacht aan: Hydraulische randvoorwaarden, golfoverslag, vormgeving van het binnentalud van de voorliggende kering, maaiveld van het tussenliggend gebied, enz. Het tweede onderdeel bestond voornamelijk uit desk-research, omdat er al veel onderzoek en literatuur is over de relevante normeringen. Daarentegen zijn er wel experts benaderd over de invloed van deze normering op de dubbele dijk. Zie Hoofdstuk 4 en 5. Onderdeel 3: Ontwerp In onderdeel drie is gewerkt aan het schetsontwerp van de achterliggende kering, mede bepaald door de toegepaste normering, randvoorwaarden en functies. Daarbij is in dit onderdeel de invloed van drie verschillende varianten onderzocht op de kruinhoogte van de achterliggende dijk: 1. Restprofiel-variant (Geen versterkingsmaatregelen); 2. Optrekken bekleding met breuksteen (vol & zat gepenetreerd met beton); 3. Optrekken bekleding met breuksteen inclusief kruinverhoging (reguliere dijkverbetering); 4. Optrekken bekleding met doorgroeistenen. Dit onderdeel is door middel van fieldresearch verricht, waarbij experts zijn benaderd om de verschillende dijkonderdelen in het ontwerp uit te werken. Het betreft een innovatief concept wat niet in de literatuur te vinden is. Zie Hoofdstuk 6 t/m 11 en de bijlagen. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 13

14 2 Systeem- en functiebeschrijving 2.1 Een dubbele dijk Opzet van het project Het toepassen van innovatieve dijkconcepten wordt gestimuleerd door het hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP). Dit programma is een onderdeel van het deltaprogramma. Het HWBP is een samenwerking tussen het rijk en de waterschappen. In het geval van de dijkversterking tussen de Eemshaven en Delfzijl, betreft het een samenwerking tussen het rijk en het waterschap Noorderzijlvest. Het HWBP heeft onder andere als taak om een normering op te stellen waaraan de dijken in de toekomst moeten voldoen gezien de normeringen in de Waterwet. De doelstellingen van het HWBP zijn het sober, doelmatig, goedkoop en snel uitvoeren van dijkversterkingen (HWBP, 2015). Deze doelstellingen kunnen behartigd worden door het delen van kennis en innovatie. Het HWBP heeft voor dijkring zes een apart programma opgericht om de innovaties te onderzoeken, namelijk: Project Overstijgende Verkenning van de Waddenzeedijken (POV-Waddenzeedijken). Het HWBP heeft onderscheid gemaakt in drie type innovaties waarin POV-Waddenzeedijken onderzoek doet. (Tromp, 2016). De dubbele dijk wordt gerekend tot een procesinnovatie. Procesinnovatie (Nieuwe dijkconcepten); Productinnovatie (Innovatie in materiaal en toepassing hiervan); Hydraulische belasting (Nauwkeuriger en meer locatie specifieke bepaling van de hydraulische randvoorwaarden) Variantenstudie van de dubbele dijk De provincie Groningen heeft het startschot gegeven om twee innovatieve dijkconcepten te laten onderzoeken voor de dijk tussen de Eemshaven en Delfzijl, namelijk: de overslagbestendige dijk en de dubbele dijk (Deltares, 2014). Daarvan bestond het onderzoek naar de dubbele dijk uit drie varianten (POV-Waddenzeedijken, 2015). De eerste variant van een dubbele dijk is het toepassen van een voorlandkering, zie Figuur 2. Figuur 2: Toepassing dubbele dijk met een voorlandkering Bij de variant met de voorlandkering wordt zeewaarts een grondlichaam aangelegd dat dan onderdeel uitmaakt van het voorland. Wanneer een voorlandkering wordt aangebracht zal een deel van het tussengebied permanent onder water staan en hierdoor worden de mogelijkheden in het benutten van de ruimte beperkt. Daarbij vormt het tussenliggend gebied een talud waarin vegetatie groeit wat bij hoogwater volledig onder water staat. Een tweede variant als toepassing van een dubbele dijk is het aanleggen van een schermdijk in het voorland, zie Figuur 3. Figuur 3: Toepassing dubbele dijk met een schermdijk in het voorland Bij deze variant wordt zeewaarts een schermdijk aangelegd die dan onderdeel uitmaakt van het voorland. Bij toepassing van een schermdijk zal het tussenliggend gebied minder vaak onder water staan dan bij de variant met een voorlandkering, omdat bij de schermdijk minder golfoverslag zal plaatsvinden als bij de voorlandkering in verband met een lagere kruinhoogte bij de voorlandkering. Hierdoor zijn de mogelijkheden voor het benutten van het Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 14

15 tussenliggend gebied ook groter. Bovendien heeft variant twee in tegenstelling tot variant drie een vlak tussenliggend gebied. Ten slotte is de derde variant een toepassing van een dubbele dijk door het aanleggen van een achterliggende kering, zie Figuur 4. Dit is dan ook de enige variant die op het binnenland is gericht. Figuur 4: Toepassing dubbele dijk met een achterliggende kering In de voorliggende kering wordt een in- en uitlaatduiker (getijdenduiker) gerealiseerd, waardoor het getij in het tussenliggend gebied kan komen. De waterstand in het tussenliggend gebied wordt dus bepaald door het instromend getij via de duikers en daarnaast zal door het toelaten van een groter overslagdebiet de waterstand ook hoger komen te liggen. De momenten dat het tussenliggend gebied onder water staat, komt overeen met het getij. In tegenstelling tot de voorgaande varianten zijn er meer mogelijkheden om de ruimte in het tussenliggend gebied te benutten. Het ruimtelijk voordeel is dat er zilte landbouw kan worden gepleegd en dat het beter bereikbaar is, wat niet mogelijk is wanneer er constant water in het gebied staat. Tevens is er tussen de Eemshaven en Delfzijl veel beschikbare ruimte en is er dus een goede mogelijkheid om gebruik te maken van het binnenland. Het toepassen van een achterliggende kering is Figuur 5: Vaargeul nabij kering uitvoeringstechnisch eenvoudiger dan de andere varianten, omdat in den droge wordt gewerkt. Een andere reden is dat er geen rekening hoeft te worden gehouden met het stormseizoen, wanneer er niet gewerkt mag worden aan de zeezijde van de dijk. Daarnaast is het uitvoeringstechnisch aantrekkelijker om landinwaarts te werken, omdat de beschikbare klei voor de opbouw van de achterliggende kering uit het tussenliggend gebied moet komen (Sweco, 2016). Hierdoor is het materiaal zeer lokaal aanwezig. Ten slotte is er nog een belangrijk aspect waarom de variant met de achterliggende kering de voorkeur heeft. Dit heeft te maken met de vaargeul die dicht langs de kering ligt, waardoor er beperkte ruimte zeewaarts is. In Figuur 5 is de scope van de dubbele dijk (variant drie) weergegeven, waarbij de dubbele dijk binnendijks is gericht. Wanneer op deze locatie de zeewaarts gerichte varianten worden toegepast, zal de schermdijk of voorlandkering in de vaargeul (gele baan) komen te liggen. Dus bij de zeewaarts gerichte varianten (variant één en twee) dient de vaargeul verschoven te worden om belemmering van de vaargeul te voorkomen. De belangrijkste redenen voor het toepassen van een dubbele dijk met een achterliggende dijk is: Meer mogelijkheden tot inrichting van het tussengebied; Geen belemmering van de bestaande Dollard vaargeul. De variant met de achterliggende kering is reeds opgenomen in het provinciaal inpassingplan van de provincie Groningen (Sweco, 2016). Een dubbele dijk met een achterliggende kering is dan ook het uitgangspunt van de veiligheidsstudie in dit onderzoek Koppeling en inpassing van de dubbele dijk Naast het onderzoek naar de dubbele dijk heeft de provincie Groningen het dijkconcept van een overslagbestendige dijk laten onderzoeken. Hierbij kan het onderzoek naar de overslagbestendige dijk worden gekoppeld aan het onderzoek naar de dubbele dijk. Bij de dubbele dijk wordt de voorliggende kering niet opgehoogd en daarmee wordt Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 15

16 een groter overslagdebiet geaccepteerd. Hierdoor dient het binnentalud te worden ontworpen op overslagbestendigheid. De realisatie van de dubbele dijk betreft een Pilot-project. Dit houdt in dat een klein traject van de dijk tussen de Eemshaven en Delfzijl wordt toegepast als dubbele dijk. Hierdoor kan de dubbele dijk ook in de praktijk worden getoetst, en zal blijken of de benoemde toegevoegde waarden echt een meerwaarde gaan leveren aan het gebied. Na evaluatie van het onderzoek en de bevindingen uit de praktijk zal blijken of de dubbele dijk elders toepasbaar is in Nederland. In het onderzoek is de belangrijkste doelstelling het waarborgen van de waterveiligheid. Aangezien de dubbele dijk een innovatief concept is en er vanaf 2018 een nieuwe normering wordt gehanteerd in het deltaprogramma, betreft het geheel een uniek en grootschalig onderzoek naar de waterveiligheid en de meerwaarde voor de omgeving bij dijkverbeteringen Toegevoegde waarden van een dubbele dijk Als gevolg van de gaswinning heeft Noord-Nederland te maken met bodemdaling. Voor de dijken heeft dit een negatieve invloed op de waterveiligheid. Dit komt omdat als gevolg van de bodemdaling de kruinhoogte van de dijken ook lager komt te liggen. Het voordeel van het toepassen van een dubbele dijk is dat het maaiveld in het tussenliggend gebied op natuurlijke wijze wordt opgehoogd door middel van slibsedimentatie als gevolg van getijdewerking. Deze natuurlijke ophoging is dan een compensatie voor de bodemdaling. Naast het waarborgen van de waterveiligheid, is het doel van een dubbele dijk dat het een toegevoegde waarde heeft voor de omgeving. Deze toegevoegde waarde kan zich uiten in economische, ecologische en recreatieve meerwaarde. Een voorbeeld van ecologische meerwaarde is het verminderen van het slib in het Eems-Dollard estuarium, wat uiteindelijk leidt tot minder vertroebeling in het gebied (Eemsdelta, 2014). De economische meerwaarde wordt onderverdeeld in meerwaarde op korte en lange termijn. De meerwaarde op korte termijn heeft te maken met de besparing op de aanleg van de dubbele dijk. Volgens de provincie Groningen (2016) is de aanleg van een dubbele dijk financieel aantrekkelijker dan de traditionele dijkversterkingsmethode. De besparing wordt onder andere mogelijk gemaakt door het lokaal winnen van klei die benodigd is voor het opbouwen van de achterliggende kering. Hierbij is nog wel enige onzekerheid wat betreft de dimensionering van de achterliggende dijk en dus de benodigde hoeveelheid klei, wat van invloed is op de begroting. Dat het een besparing oplevert ten opzichte van de traditionele dijkversterking is al aangenomen, en daarom ziet het waterschap Noorderzijlvest (2017) de aanleg van de dubbele dijk als een No Regret -maatregel. De besparing op lange termijn wordt mogelijk gemaakt door het realiseren van innovatieve landbouw in het tussengebied (Provincie Groningen, 2016). In Figuur 6 staan de verschillende toegevoegde waardes voor de omgeving samengevat voor de dubbele dijk (Alterra Wageningen & Deltares, 2015). Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 16

17 Figuur 6: Economische en ecologische impulsen van een dubbele dijk 2.2 Vormgeving van een dubbele dijk De dubbele dijk bestrijkt een lengte van circa 2,5 [km] en heeft een oppervlak van circa 43 [ha]. Hiervan bestrijkt het noordelijk pand met de zilte landbouw circa 28 [ha] en het zuidelijk pand met de slibvang circa 15 [ha] (Grontmij, 2016). Het invangen van het slib in het tweede gebied geschiedt middels een in- en uitlaatconstructie (getijdeduikers). Het intreden van het water ten behoeve van de sedimentatie is dus gebaseerd op getijdewerking via de duikers. Tijdens een storm wordt deze in- en uitlaatconstructie afgesloten, en bestaat er alleen nog de mogelijkheid van waterintreding door overslag en neerslag. Dit zijn de belangrijkste gegevens over de inrichting van het gebied ten behoeve van de veiligheidsstudie. Daarnaast is men momenteel bezig met onderzoek naar de exacte inrichting van het gebied. Hieronder is een grove inrichting gegeven van het gebied, zie Figuur 7. Figuur 7: Grove inrichting dubbele dijk Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 17

18 2.3 De locatie van de dubbele dijk Tot nu is inzichtelijk geworden waarom de keuze is gemaakt voor het toepassen van een dubbele dijk. In deze paragraaf zal worden toegelicht waarom de keuze is gemaakt voor de huidige locatie. Net als bij de keuze voor het type dijkconcept, is bij de locatie ook de afweging gebaseerd op economische, ecologische en waterveiligheid-eisen. Het HWBP heeft de waterschappen Hunze en Aa s, Noorderzijlvest en Wetterskip Fryslan een onderzoek en/of dijkconcept toegewezen om uit te voeren als Pilot (POV-Waddenzeedijken, 2015). In paragraaf 2.1 is benoemd dat er een vaargeul dicht langs de huidige kering ligt, waardoor alleen binnendijks kan worden gewerkt. Verder is de dubbele dijk een onderdeel van het dijkversterkingsprogramma tussen de Eemshaven en Delfzijl, waarvan de uitvoering waarschijnlijk zal starten in Hierdoor is dus de mogelijkheid om het concept van een dubbele dijk versneld uit te voeren. Bekend is dat het gehele gebied van de dijkversterking te maken heeft met een verwachte bodemdaling van 0,45 [m] tot het jaar 2070 (Deltares, 2016). Bovendien heeft het gebied te maken met forse demografische krimp (POV-Waddenzeedijken, 2015). Hierdoor heeft het gebied belang bij economische impulsen door middel van innovatieve landbouw en recreatie. Een voordeel van het de huidige locatie is dat er veel ruimte is om het gebied binnendijks in te richten. Het meanderende verloop van de dijk ter plaatse van de rode cirkel in Figuur 8 geeft als voordeel dat de dubbele dijk gemakkelijk in te passen is, omdat er al een natuurlijke scheiding tussen het noordelijk en het Figuur 8: Meanderende dijk zuidelijk pand aanwezig, wat benodigd is voor het gedeeltelijk gescheiden houden van een slibvang en zilte landbouw. Door de binnenwaarts gerichte knik van de huidige kering, kan de scheiding worden volstaan met een kleine lengte. Naast de voordelen van de huidige locatie kent het ook een nadeel. Wanneer een dubbele dijk wordt toegepast kan het beste gebruik worden gemaakt van een locatie waar slaperdijken liggen, hierdoor hoeft er geen volledige achterliggende dijk te worden opgebouwd. Bij deze locatie zijn er geen slaperdijken en is er dus significant meer grondverzet benodigd, wat meer kosten als gevolg heeft. 2.4 Morfologie in het Eems-Dollard estuarium In de voorgaande paragrafen is reeds benoemd dat het Eems-Dollard estuarium te kampen heeft met vertroebeling van het water door een overschot aan slib. Doordat het water in het estuarium constant in beweging is, hebben de vaste deeltjes geen tijd om te bezinken. Daarbij heeft slib een lange bezinkingstijd, langer dan bijvoorbeeld zand. Daarnaast duurt het veel langer voor slib dan bijvoorbeeld zand om te bezinken. Het gevolg hiervan is dat het water in het estuarium erg troebel blijft. De vertroebeling van het water zorgt voor zuurstofarm water en beperkte mogelijkheid tot fotosynthese, hierdoor heeft het een slechte invloed op de ecologie (Imares Wageningen, 2016). De dubbele dijk zorgt dus dat het water via de inlaatduiker in het tussengebied wordt geborgen, waar dan het slib de tijd heeft om te bezinken. In het zuidelijk pand met slibvang (Figuur 5) is berekend dat de opslibbing circa 6 [cm] per jaar zal bedragen. Het gebied van de zilte landbouw staat in verbinding met de slibvang en in het gebied met de zilte landbouw is een opslibbing van circa 1,5 [cm] per jaar berekend. De opslibbing van het gebied met de slibvang is afhankelijk van de opslibbingsnelheid, waarbij de snelheid wordt beïnvloed door de hoogte van het maaiveld in het tussengebied, de slibconcentratie in het water, de stroomsnelheid van het water en de aanwezigheid, dichtheid en type Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 18

19 (pioniers)planten (Dijkema, 2001). In Figuur 9 is te zien dat in het estuarium hogere stroomsnelheden zijn en dat daardoor het slib minder zal bezinken. Gezien het lage maaiveld in het tussenliggend gebied en de hoge concentratie van slib in het water, kan de opslibbing variëren tussen de 1 en 25 [cm] per jaar. Naarmate de tijd vordert met opslibbing zal de snelheid van de opslibbing afnemen, omdat het maaiveld door eerdere opslibbing hoger is komen te liggen. Met andere woorden zal het kombergingsvolume afnemen als gevolg van de opslibbing. Het kombergingsvolume is het volume van het water wat in het tussenliggend gebied geborgen kan worden (Alterra Wageningen & Deltares, 2015). De opslibbing van het maaiveld en daarmee het kleiner worden van het kombergingsvolume heeft invloed op de waterstand in het tussenliggend gebied en de waterstand heeft weer invloed op de kruinhoogte van de achterliggende dijk. Figuur 9: Stroomsnelheden in het Eems-Dollard estuarium bij opkomend tij (Arcadis, 2013) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 19

20 3 Kwetsbare delen In dit hoofdstuk worden de onderdelen van een dijk belicht of deze kwetsbaar zijn en daardoor meer aandacht verdient in het ontwerp. Kwetsbaarheid wil zeggen dat deze onderdelen een groter risico vormen voor het optreden van schade of het falen van een onderdeel van de dubbele dijk. De onderdelen die als kwetsbaar worden gesteld in dit onderzoek zijn: Binnentalud voorliggende kering; Buitentalud voorliggende kering; Ondergrond achterliggende dijk; Buitentalud achterliggende dijk; Het afgraven van slib in het tussenliggend gebied. 3.1 Binnentalud voorliggende kering Het binnentalud van de voorliggende kering vormt een kwetsbaar onderdeel, omdat dit talud onderhevig is aan een groot overslagdebiet. Hierdoor is er meer kans op erosie van het binnentalud en kan dit uiteindelijk leiden tot het bezwijken van het binnentalud. Een golfoverslag van 10 [L/m/s] wordt maatgevend geacht bij een kleibekleding en een grasmat die ingericht zijn volgens de eisen van een buitentalud (TAW, 2002). Daarnaast wordt door Grontmij (2016) een maximale overslag van 65 [L/m/s] genoemd. Door het verschil in deze twee overslagdebieten dient er goed nagedacht te worden over een oplossing van het binnentalud. Daarvoor moet er duidelijkheid zijn in de hoeveelheden overslag die optreden. De werkelijke hoeveelheden worden verderop in dit rapport berekend. 3.2 Buitentalud voorliggende kering Het buitentalud vormt ook een kwetsbaar onderdeel van de voorliggende kering. De huidige harde bekleding heeft het laagste punt op 3,8 [m+ NAP], waarbij de golfklapzone op het hoogste punt loopt tot 6,95 [m + NAP]. Wanneer wordt gekozen om de harde bekleding aan de buitenzijde niet op te trekken, zal het buitentalud naar verloop van tijd eroderen. De verwachting is dat dit net zo lang doorgaat tot dat het restprofiel, namelijk de oude zeedijk, in het huidige dijklichaam is verkregen. Het uitgangspunt hier is dat dan de achterliggende kering de faalmechanismen van bekleding en hoogte opvangt. Verder geeft de provincie Groningen aan dat het restprofiel het buitenwater kan keren. Op het moment van schrijven is er een discussie gaande of de harde bekleding wordt opgetrokken of niet. Als de harde bekleding omhoog wordt getrokken blijft de voorliggende kering beschermd, maar zijn er hogere kosten. Wanneer de bekleding niet omhoog wordt getrokken zal langzamerhand de voorliggende kering eroderen. Dat de voorliggende kering erodeert wordt niet gezien als falen, omdat het optreden van schade aan de voorliggende dijk binnen de nieuwe veiligheidssystematiek geaccepteerd is (Deltares, 2016). Figuur 10: Raai Ondergrond achterliggende dijk De achterliggende dijk wordt nieuw aangelegd met klei en vormt dus een groot gewicht op het maagdelijk grond, waardoor er grote zettingen op kunnen treden. Deze zettingen dienen vanzelfsprekend inzichtelijk te worden gemaakt alvorens de aanleghoogte is bepaald. Daarnaast heeft de ondergrond invloed op de stabiliteit van de achterliggende dijk. Wanneer verwacht wordt dat het een slap ondergrond betreft, kan men ervoor kiezen om een Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 20

21 cunet te graven en deze te vullen met zand voor verminderde zetting in het ondergrond. In Figuur 11 de grondopbouw weergegeven ter plaatse van raai 41 met de grondopbouw in het zuidelijk pand van de dubbele dijk: 1: Opgebracht zand/klei 2: Klei 3: Veen 4: Zand Figuur 11: Sondering bij de voorliggende kering op raai 41 In de tussenlaag zit vooral klei omsloten door twee lagen veen, waarbij klei en veen gevoelig zijn voor zetting. In het vervolgonderzoek dient de zetting te worden berekend en dan kan wanneer kruinhoogte van de achterliggende dijk in dit onderzoek bekend is, de aanleghoogte van de kruin bepaald worden. Het klei voor de aanleg van de dijk wordt gewonnen in hetzelfde gebied als waar de dijk wordt opgebouwd. Hierdoor is het financieel aantrekkelijker om de zetting te compenseren met meer lokale klei dan het graven van een cunet en deze vullen met zand ter voorkoming van grote zettingen. 3.4 Buitentalud achterliggende dijk Het buitentalud van de achterliggende dijk is een kwetsbaar onderdeel. Tot nu toe wordt nergens in een vooronderzoek benoemd hoe dit talud is opgebouwd. Het buitentalud vormt een kwetsbaar onderdeel omdat door opwaaiing en getijdewerking een belasting in de vorm van golfoploop op de achterliggende dijk komt. En verder wanneer er schade aan de voorliggende kering optreedt, dient de achterliggende kering de belastingen van de voorliggende kering over te nemen. Wanneer het buitentalud van de achterliggende kering dus niet goed beschermd is kan deze bezwijken. 3.5 Afgraven slib tussenliggend gebied Zoals eerder is benoemd wordt voor de opbouw van de achterliggende dijk klei gewonnen uit het tussenliggend gebied. Dus wanneer het slib wordt afgegraven in het tussenliggend gebied voor andere doeleinden, dient vanzelfsprekend eerst te worden bepaald wat de negatieve effecten zijn op de stabiliteit van beide keringen. Daarbij komt kijken dat de waterstand in het tussenliggend gebied ook bevorderlijk werkt op de binnenwaartse macrostabiliteit van de voorliggende kering. Een indicatief geotechnische eis is dat het waterstandsverschil maximaal Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 21

22 één meter bedraagt in verband met de macrostabiliteit (Deltares, 2014). Deze waterstand wordt later in dit onderzoek berekend als gevolg van golfoverslag. In het geval van de stabiliteitsberekeningen dient er worden uitgegaan van een droogstaand gebied met een maximale afgraving tot 0,75 [m - NAP], omdat dit de maatgevende situatie geeft door het grotere verschil waterstanden (Grontmij, 2016). Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 22

23 4 Algemene veiligheidsfilosofie 4.1 Introductie Vanaf het jaar 2018 worden de dijken getoetst en ontworpen volgens een nieuwe veiligheidssystematiek. Vóór de ingang van de nieuwe veiligheidssystematiek was de veiligheidsfilosofie gebaseerd op de overschrijdingskans van de maatgevende waterstand, waartegen de kering bestand moet zijn. Gezien deze systematiek is de oude veiligheidsfilosofie alleen gebaseerd op belastingen (Deltares, 2016). Deze wijziging van veiligheidssystematiek gaat gepaard met de verandering van dijkringen naar dijktrajecten. Omdat de nieuwe veiligheidsnorm op overstromingskansen is gebaseerd, zijn de dijktrajecten ingedeeld op grootte van de risico s door een overstroming (ENW, 2016). Overstromingskans: Een kans op verlies van waterkerend vermogen van een dijktraject waardoor het door het dijktraject beschermde gebied zodanig overstroomt dat dodelijke slachtoffers of substantiële economische schade ontstaan. (ENW, 2016) Deze dijktrajecten kunnen dus in lengte sterk van elkaar verschillen en daarom is er het lengte-effect geïntroduceerd. Het lengte-effect is het effect dat bij een langer dijktraject er een grotere kans op een dijkdoorbraak is en dus een grotere kans op overstroming (RWS-WVL, 2016). Er wordt dus per normtraject een maximaal toelaatbare overstromingskans opgenomen, waarbij de faalkans kleiner moet zijn dan deze overstromingskans. Faalkans: Een kans op verlies van waterkerend vermogen van een dijktraject waardoor de hydraulische belasting op een achterliggend dijktraject substantieel wordt verhoogd (ENW, 2016) 4.2 Signaleringswaarde en ondergrens De nieuwe systematiek hanteert een tweetal normen voor de dijktrajecten, namelijk: de signaleringswaarde en de ondergrens. De signaleringswaarde is een waarde waarbij aangegeven wordt dat de dijk toe is aan versterkingsmaatregelen. In deze waarde zit een veiligheid ingebouwd, waarbij rekening is gehouden met de uitvoeringstijd van zo n dijkverbetering. Wanneer geconstateerd wordt dat deze signaleringswaarde is bereikt, dient dit gemeld te worden bij het ministerie van infrastructuur en milieu (Ministerie van I&M, 2017). Wanneer geconstateerd wordt dat de dijk toe is aan versterking, wordt het aangemeld bij het hoogwaterbeschermingsprogramma (onderdeel deltaprogramma). Een signaleringswaarde wordt overschreden wanneer de overstromingskans groter is dan deze signaleringswaarde (ENW, 2016). Verder is er dus nog de ondergrens. Deze waarde geeft aan wat de maximale toelaatbare faalkans is van een waterkering. Wanneer de ondergrens wordt overschreden voldoet de waterkering niet meer aan het vereiste veiligheidsniveau. Volgens Rijkswaterstaat-WVL (2016) is de waarde van de ondergrens drie maal groter dan de signaleringswaarde, zie Figuur 12. Figuur 12: Normen voor signaleringswaarde en ondergrens Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 23

24 4.3 Primaire kering bij de dubbele dijk Verder is van belang welke kering tot de primaire kering wordt benoemd. Deze benoeming heeft invloed op de dimensionering van beide keringen als gevolg van het waarborgen van de waterveiligheid. Hierbij is de vraag of de veiligheid gewaarborgd wordt door twee keringen of één kering. Het hoofddoel van een dubbele dijk, net als een traditionele dijk, is het waarborgen van de waterveiligheid. Dus om te bepalen welke richtlijnen gelden voor de beide keringen dient eerst benoemd te worden wat de primaire kering is. De definitie van een primaire waterkering wordt in de Waterwet (Ministerie van I&M, 2017) beschreven als: Waterkering die beveiliging biedt tegen overstroming door buitenwater. Om een dergelijke overstroming te voorkomen zijn er strenge eisen gesteld aan de primaire kering. De huidige dijk ter plaatse van de dubbele dijk is afgekeurd op macrostabiliteit binnenwaarts, bekleding en hoogte. Meurs & Kieftenburg (2014) geven aan dat er vier mogelijkheden zijn tot het benoemen van een primaire kering: Voorliggende kering; Achterliggende kering; Combinatie van voor- en achterliggende kering; Gefaseerd: Eerst voorliggend, daarna achterliggend. Wanneer er sprake is van dat de voorliggende kering als primair wordt beschouwd, dan wordt er dus geëist dat de voorliggende kering aan de strenge eisen vanuit de Waterwet voldoet. Dit wil zeggen dat de voorliggende kering dus traditioneel versterkt moet worden, net als de reguliere versterking tussen de Eemshaven en Delfzijl. Een dubbele dijk principe kan hierdoor wel bestaan omdat er nog wel getijdebeweging plaatsvindt door de getijdeduikers. Gezien het feit dat er naast het traditioneel versterken van de voorliggende kering ook nog een achterliggende kering aangebracht moet worden, is er geen toegevoegde waarde voor de waterveiligheid en de financiën vanuit de achterliggende dijk. Als de achterliggende kering als primair wordt beschouwd dan is de voorliggende kering onderdeel van het voorland. Hieruit vloeien verschillende onduidelijkheden voort, bijvoorbeeld dat een dergelijk voorland met de huidige kering van invloed is op de hydraulische randvoorwaarden van het gebied. Daarnaast is de vraag wat de invloed is van het voorland op de dimensionering van de achterliggende dijk en of deze invloed in rekening mag worden gebracht. Deze variant zal leiden tot strenge eisen en een grotere dimensionering van de achterliggende dijk. De derde mogelijkheid is dat een combinatie van de voor- en achterliggende dijk inclusief het tussenliggend gebied de primaire kering vormen. Hierbij hoeft dus niet één kering de overstromingskans te beperken, wat betekent dat niet één kering heel robuust ontworpen hoeft te worden. Doordat er gerekend wordt voor een primaire kering door een combinatie van beide keringen, kan dit principe reducerend werken op de dimensionering van de achterliggende dijk. De veiligheidsfilosofie van een dubbele dijk is gebaseerd op het idee dat een combinatie van de voor- en achterliggende kering het achterland beschermt, en hierbij is het dus toegestaan dat het tussenliggend gebied overstroomt. De vierde variant is een gefaseerde aanpak van het benoemen tot de primaire kering. Hierbij zal eerst de voorliggende kering de primaire functie hebben en vervolgens zal deze functie worden overgezet naar de achterliggende kering. Het idee hierachter is dat de voorliggende kering niet voor de komende planperiode van 25 jaar ontworpen hoeft te worden, maar bijvoorbeeld eerst voor tien jaar. Na deze periode is het tussenliggend gebied voldoende opgeslibd, waarna de achterliggende kering de primaire functie krijgt (Deltares, 2014). Door het opslibben van het tussenliggend gebied wordt een robuuste kering verkregen en is er bespaard op de versterkingsmaatregelen van de voorliggende kering en kan er bespaard worden op de aanlegkosten van de achterliggende kering. Verder onderzoek is benodigd om te bevestigen of deze fasering past binnen de richtlijnen van primaire keringen. Daarnaast is te lezen in paragraaf 2.4 dat in het noordelijk pand geen tot matige opslibbing plaatsvindt. Deze variant zou alleen van toepassing kunnen zijn in het zuidelijk pand waar een slibmotor wordt gerealiseerd. Dit is het geval omdat anders in een gedeelte van het dubbele dijk het maaiveld nauwelijks wordt opgehoogd door opslibbing. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 24

25 Het Kennisplatform Risicobenadering (KPR, 2016) adviseert het waterschap Noorderzijlvest om in de veiligheidsbenadering er vanuit te gaan dat een combinatie van beide keringen de primaire functie krijgt. Dit komt voort uit het feit dat het POV-Waddenzeedijken (2015) is uitgegaan dat één kering de primaire functie krijgt. Daarbij geeft Meurs (2016) aan dat een combinatie van beide keringen kan voldoen aan de waterveiligheid, ook als de voorliggende kering als restprofiel wordt benaderd. Dat wil zeggen dat de achterliggende dijk samen met het restprofiel van de voorliggende dijk de maatgevende combinatie vormt. In dit onderzoek wordt het advies van het Kennisplatform Risicobenadering gehanteerd, namelijk dat beide keringen de primaire functie krijgen. 4.4 Invulling waterveiligheid dubbele dijk De dubbele dijk bevindt zich in dijktraject 6-7 en hiervoor geldt een signaleringswaarde van 1/ jaar, zie Figuur 13. (Ministerie van I&M, 2017). Doordat de dubbele dijk de veiligheid van het achterland moet waarborgen, zal de dubbele dijk een oplossing moeten bieden voor alle faalmechanismen. Doordat beide keringen als primair fungeren, is het mogelijk om faalkansen uit te ruilen tussen de voor- en achterliggende kering (Deltares, 2016). De werking van faalkansnormen werkt anders dan bij een enkele kering. Een combinatie van keringen past niet binnen de benoeming van een voorliggend traject waarvoor een faalkansnorm geldt. Een voorbeeld van een voorliggend traject is de afsluitdijk, die bij doorbraak niet direct leidt tot overstromingen (ENW, 2016). De dubbele dijk past binnen de Waterwet wanneer voor het geheel als traject het een maximaal toelaatbare overstromingskans heeft. Hiertoe dient dus onderzocht te worden wat de invloed is Figuur 13: Dijktrajecten Noordoost Groningen van een dubbele dijk op de overstromingskans van dijktraject 6-7. In het onderzoek is het dus van belang dat er alleen sprake is van een overstroming wanneer het water bij de achterliggende dijk naar het achterland treedt. Wanneer een overstroming in het achterland plaatsvindt, spreekt men over het falen van de dubbele dijk. Daarentegen is het wel toegestaan dat de voorliggende kering bezwijkt, omdat de achterliggende dijk nog veiligheid biedt voor het achterland. Daarom wordt in de onderzoeken ook niet gesproken over het falen van de voorliggende kering, maar over het optreden van schade aan de voorliggende kering (KPR, 2016). Met deze visie kan dus gesteld worden dat de dubbele dijk faalt als de achterliggende dijk faalt. Dus in andere woorden is de faalkans voor de dubbele dijk gelijk aan de faalkans voor de achterliggende dijk, waarbij de faalkans van de achterliggende dijk afhankelijk is van de hersteltijd van de voorliggende kering. Figuur 14: Definitie overstroming bij een dubbele dijk (Jongejan, Dubbele Dijk, 2013) KPR (2016) geeft daarom de volgende definitie van het falen van de dubbele dijk: De dubbele dijk faalt als de achterliggende dijk zodanig bezwijkt of overloopt dat er een overstroming met dodelijke slachtoffers of substantiële schade optreedt. Gezien deze definitie is er dus een zeer kleine kans dat er een overstroming plaatsvindt wanneer er geen schade optreedt aan de voorliggende kering. De getijdeduiker in de voorliggende kering kan wel voor een risico zorgen Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 25

26 wanneer er problemen zijn met het sluiten van de schuif. Er zijn dus drie belangrijke factoren die bepalen of een dubbele dijk kan falen: Kans van optreden schade aan de voorliggende dijk; Kans van falen achterliggende dijk als gevolg van schade aan de voorliggende dijk; Niet sluiten van de schuif in de getijdenduiker bij een storm. Voor de faalkans van de achterliggende dijk is de hersteltijd van de voorliggende kering ook van enorm belang. Wanneer deze hersteltijd kort wordt gehouden, wordt de kans op falen van de achterliggende kering ook kleiner en daarmee het falen van de dubbele dijk. De kans van falen wordt dan kleiner omdat de kans dat er binnen de herstelperiode nog een storm komt minder is en dat de achterliggende kering dan een kleinere periode alle belastingen moet opvangen. Bij het optreden van schade aan de voorliggende kering is het van minder belang op hoeveel plaatsen de voorliggende kering beschadigd is, als er gekeken wordt naar de toevoer van buitenwater in het tussengebied. Dit is het geval omdat het tussengebied een klein oppervlak betreft dat binnen korte tijd onder water staat, ongeacht van één of meerdere bressen. Het enige wat van belang is voor de waterveiligheid bij meerdere bressen is de langere hersteltijd met als gevolg dat de achterliggende dijk voor langere tijd de belastingen op moet nemen (KPR, 2016). Het is dus nodig om inzichtelijk te krijgen welk minimum profiel de achterliggende kering moet hebben om de belastingen op te kunnen vangen. In hoofdstuk wordt gerekend aan de dimensionering van de achterliggende kering bij het optreden van schade aan de voorliggende kering middels een restprofielbenadering Restprofielbenadering Bij het optreden van schade aan de voorliggende kering is het voordelig dat deze kering nog wel water kan keren door het overgebleven restprofiel. Dit restprofiel is dan afhankelijk van de oorzaak, namelijk de faalmechanismen (KPR, 2016). Daarmee is dus voor het beoordelen van de waterveiligheid een restprofielbenadering van de voorliggende kering ook van toepassing. Daarnaast wordt nog rekening gehouden met de invloed van het tussenliggend gebied op de hydraulisch randvoorwaarden voor de achterliggende dijk. Deze hydraulische waarden zijn van belang om te kunnen bepalen hoe groot de golfoploop en golfoverslag zal zijn. Uit een interne notitie van het waterschap Noorderzijlvest (2017) blijkt dat de hydraulische randvoorwaarden in het Eems-Dollard estuarium mogelijk worden aangescherpt op basis van lopende onderzoeken rond Hydra-K en jaarlijkse veldmetingen in het estuarium. Gesteld wordt door Meurs (2016) dat de reststerkte van de voorliggende dijk bestaat uit de oude zeedijk. De oude zeedijk is een oude kleikern binnen in de huidige dijk. Deze dient voldoende robuust te zijn om de optredende belastingcondities te kunnen weerstaan. Wanneer duidelijk is geworden dat het restprofiel deze belastingcondities kan weerstaan, stelt Meurs (2016) dat het niet meer benodigd is om de harde bekleding aan de buitenzijde op te trekken. De effecten van het niet optrekken van de bekleding en het restprofiel op de achterliggende dijk komen later aan bod Veiligheid als gevolg van opslibbing POV-Waddenzeedijken (2015) geeft de volgende toegevoegde waardes voor de waterveiligheid aan voor de dubbele dijk: Door opslibbing van het tussengebied neemt de stabiliteit van de dubbele dijk toe; De dubbele dijk biedt veiligheid in twee lagen. Deze veiligheid in twee lagen komt voort uit het feit dat wanneer de voorliggende kering bezwijkt, dat de achterliggende kering de belastingen kan opvangen en dat de voorliggende kering hersteld kan worden met het gewonnen klei in het tussenliggend gebied Opstellen veiligheidsbenadering Volgens KPR (2016) is het een praktische aanpak om de kans te kunnen bepalen dat een normtraject faalt door een faalmechanisme, door de faalkanseisen op doorsnedeniveau per faalmechanisme te hanteren. De grootte van de doorsnede wordt dan gezet op de kleinst mogelijke doorsnede waarbinnen een faalmechanisme kan optreden. Deze Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 26

27 methode wordt gehanteerd omdat anders over het gehele traject en alle faalmechanismen continu beschouwd moeten worden. Voor een enkele dijk zijn de berekeningen duidelijk geformuleerd, maar voor een dubbele dijk waarin verschillende faalmechanismen kunnen optreden, zullen de probabilistische berekeningen ingewikkelder worden. Door middel van het probabilistisch rekenen worden de faalkansen bepaald en kunnen deze worden vergeleken met de faalkanseisen. Er zijn wel veel onzekerheden wat betreft de faalkansen, omdat de belastingcondities van het water en de dijk sterk kunnen verschillen. Er dient bijvoorbeeld gekeken te worden naar de kansen van belasting op de achterliggende dijk waarbij gelijktijdig de voorliggende kering schade ondervindt of waarbij gelijktijdig verschillende faalmechanismen optreden bij de voorliggende kering. Mede door deze moeilijkheidsgraad geeft KPR (2016) aan dat door het verschil van faalkansbenadering met een enkele dijk en een dubbele dijk inzichtelijk te maken, het duidelijk wordt dat met het semi-probabilistische ontwerpinstrumentarium van 2014 een dubbele dijk niet ontworpen kan worden. Hier kan dus het nieuwe ontwerpinstrumentarium van 2017 uitkomst bieden. Om tot deze faalkanseisen te komen dient een faalkansbegroting te worden opgesteld, dat wil zeggen dat er beschouwd wordt wat de kansverdeling is van de optredende faalmechanismen. Hierbij dient een individuele doorsnede van de voorliggende dijk voor het bewuste faalmechanisme behandeld te worden, in combinatie met de achterliggende kering waar alle faalmechanismen beschouwd worden (KPR, 2016). Op advies van dhr. Jongejan (2013) dient er tijdens het beschouwen van de faalkansen niet alleen gekeken te worden naar de ontwerpstorm, maar ook bij een iets zwaardere storm. Vervolgens dient in ogenschouw te worden genomen wat de kans is als er weer een kritieke storm optreedt binnen de hersteltijd. Bij de beoordeling van waterkeringen wordt gebruik gemaakt van technische modellen die de faalmechanismen behandeld die uiteindelijk leiden tot het falen van de kering. (ENW, 2016) geeft aan dat er nog veel onderzoek benodigd is om vanuit alle faalmechanismen en de daar uit voortvloeiende faalkansen te combineren tot één overstromingskans. Daarnaast is de beoordeling conservatief aangenomen, omdat het principe van reststerkte nog niet behandeld wordt. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 27

28 5 Randvoorwaarden Dit hoofdstuk geeft weer welke randvoorwaarden belangrijk zijn voor de dubbele dijk. Bijvoorbeeld op welke randvoorwaarden de dijk getoetst moet worden of aan welk randvoorwaarden een onderdeel van de dubbele dijk moet voldoen. Behandeld worden de hydraulische randvoorwaarden, maaiveld in het tussenliggend gebied, golfoverslag en het binnentalud. 5.1 Hydraulische randvoorwaarden Belangrijk bij de behandeling van de hydraulische randvoorwaarden is dat deze bij de nieuwe normering van overstromingskansen alleen van toepassing zijn op de semi-probabilistische berekeningen. Bij het probabilistisch ontwerpen worden de hydraulische belastingen niet in rekenwaarden beschouwd, maar wordt van alle hydraulische belastingen de kansen beschouwd (Helpdesk water, 2017). Voor de dijkversterking tussen de Eemshaven en Delfzijl worden de hydraulische randvoorwaarden voor de Waddenzee gehanteerd, namelijk de waarden van HR2006. Momenteel loopt er een onderzoek in het Eems-Dollard estuarium naar hydra-k modellen en meerjarige veldmetingen ten behoeve van het aanscherpen van de hydraulische randvoorwaarden. Daarnaast is het mogelijk wanneer meer locatie-specifiek de hydraulische randvoorwaarden worden bepaald, er een efficiëntere dijkversterking kan plaatsvinden (Noorderzijlvest, 2017). Wanneer er één hydrauitvoerpunt bekend is over een grote lengte van de dijk, kan het zijn dat een deel van de dijk overgedimensioneerd of juist ondergedimensioneerd wordt. Bij het optreden van de maatgevende hydraulische randvoorwaarden is er vaak sprake van regenval. Hierdoor zal er een toeslagfactor moeten worden toegevoegd voor buienoscillatie op de geldende waterstand. Verder kan na onderbouwing een onzekerheidstoeslag worden gebruikt bij het afleiden van de hydraulische randvoorwaarden, doordat bij het afleiden er bepaalde modelonzekerheden zijn (Grontmij, 2016). De volgende toeslagfactoren zijn van toepassing op het project Eemshaven Delfzijl, welke ook zullen worden gehanteerd bij het ontwerp van de dubbele dijk in verband met de toepassing van de HR2006 (Deltares, 2016): Onzekerheidstoeslag van 0,40 [m] op de ontwerpwaterstand en de waterstand behorend bij het hydraulisch belastingniveau; Onzekerheidstoeslag van 10 [%] op de golfhoogte; Onzekerheidstoeslag van 10 [%] op de golfperiode. Deze toeslagfactoren zijn reeds geïntegreerd in de toegepaste hydra-waarden in dit onderzoek. 5.2 Maaiveld tussenliggend gebied Het maaiveld in het tussenliggend gebied ter plaatse van de slibmotor kan onderhevig zijn aan wisselende hoogtes. Deze slibmotor is gerealiseerd om het slib te kunnen hergebruiken en hiervoor wordt het slib afgegraven. Mede door de opslibbing en afgraving zullen er fluctuaties optreden in de hoogte van het maaiveld. Daarnaast is het bekend dat er een bodemdaling van 45 [cm] plaatsvindt tot het jaar 2070, zie hoofdstuk 2.3. Een andere belangrijke parameter in de veiligheidsbenadering is het kombergingsvolume, welke afhankelijk is van de hoogte van het maaiveld. In het programma van eisen voor de inpassing van de dubbele dijk is geëist dat er niet dieper mag worden afgegraven dan 0,75 [m - NAP] (Sweco, 2016). 5.3 Golfoverslag Golfoverslag voorliggende kering Een uitgangspunt van de gehele dijkversterking tussen de Eemshaven en Delfzijl gedurende de planperiode van is een zeespiegelstijging van 0,30 [m] aangehouden (Deltares, 2016). Hierdoor zal er in de toekomst meer golfoverslag plaatsvinden als de dijk niet verhoogd wordt. Bij de dubbele dijk is er in eerste instantie sprake van dat de voorliggende kering niet verhoogd gaat worden. Bij de reguliere dijkversterking wordt een kritiek overslagdebiet van 5 [l/m/s] gehanteerd, waarbij dan geëist wordt dat er een zode ligt op een kleilaagdikte van 0,4 [m]. Deze kritieke Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 28

29 golfoverslag geldt bij een significante golfhoogte tussen de twee en drie meter (H s = 2 3 m) (Deltares, 2016). Bij deze reguliere dijkverbetering wordt dan de hoogte berekend die past bij dit overslagdebiet en de uitkomst hiervan (inclusief eventuele toeslagfactoren en zettingscompensatie) is de kruinhoogte van de dijk. Maar bij de dubbele dijk is gewenst dat de voorliggende dijk niet verhoogd wordt en hierdoor zal er een grotere overslag optreden. Op een maatgevende locatie in het noordelijk pand is de golfoverslag berekend met de huidige kruinhoogte en de hydraulische randvoorwaarden van 2006, hier komt uit een overslagdebiet van 27[ l/m/s] bij een kruinhoogte van circa 8,08 [m + NAP], zie Bijlage I. Dit zal per locatie van het noordelijk en zuidelijk pand verschillen, maar duidelijk is dat wanneer de voorliggende kering niet wordt versterkt, er gerekend moet worden met grote overslagdebieten. Er kan hierbij voor gekozen worden om per berekende dwarsdoorsnede dijk op de resultaten te ontwerpen voor meer efficiëntie, daarnaast is er ook de mogelijkheid om uit te gaan van maatgevende situatie Golfoverslag achterliggende kering Volgens de Waterwet is het toegestaan dat er overslag plaatsvindt bij de achterliggende kering. Er mag geen overstroming plaatsvinden, maar een overstroming vindt plaats als er substantiële economische schade optreedt of slachtoffers vallen (ENW, 2016). In dit onderzoek wordt voor de achterliggende kering een maximaal toelaatbaar overslagdebiet van 5 [l/m/s] gehanteerd, zoals dit door de opdrachtgever geëist wordt bij de reguliere dijkverbetering (Deltares, 2016). 5.4 Overslagbestendigheid voorliggende kering Zoals in hoofdstuk al naar voren kwam, kunnen er bij het rekenen aan het overslagdebiet grootheden van circa 27 [l/m/s] verwacht worden. Deze verwachting is van toepassing wanneer de voorliggende kering niet versterkt wordt. Gezien deze grote overslag dienen er aanpassingen worden gedaan aan het binnentalud van de voorliggende kering. Wanneer deze aanpassingen niet gedaan worden, zal er door erosie mogelijk grote schade ontstaan aan de voorliggende kering. Verder onderzoek is nodig om te bepalen welke materialen geschikt zijn met dit overslagdebiet. Daarnaast zal verder in dit rapport bij verschillende varianten van de voorliggende kering de werkelijke overslaghoeveelheden berekend worden. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 29

30 6 Schetsontwerp achterliggende dijk 6.1 Methodiek In dit hoofdstuk zal worden toegelicht hoe de hoogte van de achterliggende kering wordt bepaald. De hoogte van de achterliggende kering wordt in deze berekeningen bepaald door het gemiddelde overslagdebiet en de betrouwbaarheid van het sluiten van de getijdeduiker (Jongejan, Interview, 2017). In de berekeningen wordt het noordelijk en het zuidelijk pand separaat beschouwd. De reden hiervoor is dat beide panden gescheiden zijn door een regelbare overlaat. Bij de voorliggende kering wordt het gemiddelde overslagdebiet van de berekende locaties gehanteerd voor de berekening van de waterstand in het tussenliggend gebied. In de berekening wordt geen rekening gehouden met de natuurlijke maaiveldverhoging, zoals beschreven in hoofdstuk 2.4. Een andere mogelijkheid is om het grootste overslagdebiet te hanteren, maar dit zou een te conservatief (overdimensionering) ontwerp opleveren van de achterliggende dijk. Bij de restprofielbenadering zal er gerekend worden met een waterstand hoger dan het restprofiel zelf. Bij de berekening aan het restprofiel zal rekening worden gehouden met het golfbreker-effect, om overdimensionering van de achterliggende kering te voorkomen. Bij de restprofielbenadering is er eigenlijk sprake van een combinatie van variant 1 en 2 in hoofdstuk 2.1. Voor het bepalen van de hoogte van de achterliggende kering wordt er rekening gehouden met vier mogelijke varianten. Volgens dhr. Jongejan (Interview KPR, 2017) is het onderzoek naar de invloed van deze drie varianten op de hoogte van de achterliggende kering belangrijk voor de besluitvorming van welke maatregelen bij de voorliggende kering worden genomen. In hoofdstuk 2.1 is verteld dat met de besparing op de voorliggende kering, dat de achterliggende kering kan worden opgebouwd. Maar wanneer blijkt dat het benodigd is om de bekleding op te trekken of de kruin te verhogen, is deze begroting niet meer van toepassing. De berekeningen van de verschillende varianten worden verricht op de vaste locaties zoals aangegeven in Tabel 3 en Figuur 16. Tabel 3: Locaties van de dwarsprofielen ten behoeve van de berekeningen Dwarsprofiel nr: Noordelijk pand 1 36, , ,15 Zuidelijk pand 4 34, ,25 Kilometrering Figuur 15: Locatie duikers en regelbare overlaat Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 30

31 Figuur 16: De beschouwde dwarsprofielen voor de berekeningen en de bijbehorende hydraulische uitvoerpunten Locatie getijdeduikers Beide panden zijn gescheiden door een dijklichaam met daarin een regelbare overlaat. Deze zal in eerste instantie op een hoogte worden gezet om het water binnen de slibvang te houden ten behoeve van het bezinkingsproces (Veendorp, Interview, 2017). De detaillering van de inlaatduiker zal verder worden behandeld in het onderdeel betrouwbaarheid sluiting. In Figuur 15 is te zien hoe de dubbele dijk is ingericht met de verschillende duikers. Hierbij is er sprake van een inlaatduiker in het zuidelijk pand en een uitlaatduiker in het noordelijk pand (Veendorp, Locatie duikers dubbele dijk ( ), 2017). Vanzelfsprekend dient het maaiveld bij de uitlaatduiker het laagste punt te hebben. In de huidige situatie is het maaiveld bij de inlaatduiker het laagste punt, zie Figuur 17. Figuur 17: Hoogte maaiveld noordelijk en zuidelijk pand (Noorderzijlvest, 2014) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 31

32 Het maaiveld bij de uitlaatduiker in het noordelijk pand heeft een hoogte van circa 1,6 [m+ NAP] en het maaiveld bij de inlaatduiker in het zuidelijk pand heeft een hoogte van circa 0,30 [m - NAP]. Het laagste punt kan echter gecreëerd worden bij de uitlaatduiker, omdat in het gebied nog klei gewonnen moet worden ten behoeve van de opbouw van de achterliggende kering. 6.2 Algemene uitgangspunten Ten behoeve van de berekeningen bij de varianten en het onderdeel betrouwbaarheid sluiting zijn de onderstaande uitgangspunten van toepassing. Daarnaast is het mogelijk dat er per berekening nog specifieke uitgangspunten zijn, deze worden dan voorgaand aan de betreffende berekening gegeven. De bodemdaling als gevolg van de gaswinning en de toekomstige zeespiegelstijging zijn verdisconteerd in de hydraulische randvoorwaarden (HR-2006) (Deltares, 2016); De huidige geometrie van de dijklichamen komen voort uit de DTM-metingen verstrekt door de opdrachtgever (Sweco, 2016); Buitentaluds hebben een helling van 1:3, waarbij variant 1 een buitenberm is gerealiseerd op ongeveer het niveau van maatgevend hoogwater voor maximale efficiëntie voor de reductie van golfoverslag (TAW, 1999). Deze buitenberm wordt alleen toegepast bij variant 1 (restprofiel) in verband met de grotere hoogte van de achterliggende dijk; Overslagberekeningen worden verricht in PC-Overslag versie 3,0 rekenhart 7.2; Ruwheden bekleding zijn conform technisch rapport golfoploop en golfoverslag bij dijken, inclusief de bijlagen (Dienst weg- en waterbouwkunde, 2002); Gemiddeld overslagdebiet bij de achterliggende dijk dient kleiner te zijn dan 5 [l/m/s] (Kok, 2017). Figuur 18: Schematische weergave uitgangspunt variant 1; dijkprofiel achterliggende kering Variant 1: Restprofielbenadering De eerste variant is het uitgangspunt van de initiatiefnemer en dat is dat de buitenbekleding en de hoogte niet aangepast worden. In Figuur 19 is een schematisch weergave te zien van variant 1. Hierbij is de buitenberm niet getekend. Figuur 19: Variant 1: Restprofielbenadering (Doorsnede op kilometer 35,60) Omdat de harde bekleding niet wordt opgetrokken is het buitentalud kwetsbaar door erosie. Het is discutabel of een kleilaag van circa 0,40 [m] gevoelig is voor erosie. Door dhr. Kok (2017) werd geadviseerd om hier wel rekening mee te houden, omdat het buitentalud wel gevoelig is voor erosie bij objecten, zoals afrasteringspalen. Dat erosie bij Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 32

33 objecten sneller zal optreden, komt omdat de stroomsnelheden nabij deze objecten sneller zijn en hierbij zal het omliggende grond sneller en meer eroderen dan wanneer er geen objecten aanwezig zijn. In een gesprek met dhr. Tichelaar (2017) en dhr. Veendorp (Interview, 2017) is besloten om als uitgangspunt te nemen dat het restprofiel bestaat uit de oude zeedijk. De oude zeedijk is een kleikern in de huidige (voorliggende) kering, zie Figuur 20. Het ontstaan van schade aan de voorliggende kering tot aan de vorm van het restprofiel wordt geaccepteerd binnen het dubbele dijk principe, zie hoofdstuk Verder is het nog onduidelijk of de oude zeedijk volledig uit klei bestaat of het ook nog zwakke zanderige delen heeft. Veendorp (2017) geeft aan dat in 2013 tijdens een storm deze oude zeedijk zijn bewezen sterkte heeft geleverd Oude zeedijk 1968 Ophoging 1968 Ophoging klei 1968 Huidig profiel Figuur 20: Voorbeeld intekening oude zeedijk op kilometer 34,25 De horizontale as in Figuur 20 verschilt in benadering met de oude profielen en het huidige profiel, omdat er destijds een andere kilometrering is gehanteerd. Daarom is het mogelijk gemaakt om het huidige profiel over de horizontale as te schuiven. Door deze verschuiving kan op basis van inschatting de locatie van het huidige profiel ten opzichte van de oude zeedijk worden uitgezet. Daarentegen is de verticale as ten opzichte van NAP en dus gelijkwaardig voor beide profielen. Hier komt nog wel de opgetreden bodemdaling naar voren en deze wordt na waterpassingmetingen vastgesteld op circa 20 [cm] in 2013 (NAM, 2015). Deze reeds opgetreden bodemdaling wordt verdisconteerd met de hoogte van de oude zeedijk. Bijvoorbeeld bij een hoogte van de oude zeedijk van 6 [m + NAP], wordt dan de nieuwe hoogte van de oude zeedijk en dus het restprofiel circa 5,80 [m + NAP] Variant 2: Optrekken buitenbekleding met gepenetreerde breuksteen De tweede variant is waarbij alleen de harde bekleding, als bij de reguliere dijkverbetering, wordt opgetrokken. In het geval van deze locatie op de dijk wordt de bekleding opgetrokken tot aan de kruin (Witteveen+Bos, 2016). Door het optrekken van de bekleding is het buitentalud niet meer gevoelig voor erosie en hierdoor zal de huidige hoogte van de kering behouden blijven. Figuur 21: Variant 2: Optrekken buitenbekleding (Doorsnede op kilometer 35,15) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 33

34 6.2.3 Variant 3: Reguliere dijkverbetering Bij de derde variant wordt naast het optrekken van de buitenbekleding ook de kruin opgehoogd, zoals toegepast in de reguliere dijkverbetering (Witteveen+Bos, 2016). In het ontwerp van de reguliere dijkverbetering zijn de overslagdebieten berekend bij de kruinverhoging die is toegepast in het ontwerp (Witteveen+Bos, 2017). Met deze waarden zal worden verder gerekend. De toegevoegde waarde voor de achterliggende kering is nu voor het insluiten van water voor de slibvang en zilte landbouw en niet direct voor de waterveiligheid. Figuur 22: Variant 3: Reguliere dijkverbetering (Doorsnede op kilometer 35,15) Variant 4: Optrekken buitenbekleding met doorgroeistenen Deze variant is hetzelfde principe als bij variant 2, alleen in plaats van het optrekken van de buitenbekleding met gepenetreerde breuksteen wordt hier de bekleding opgetrokken met doorgroeistenen. Deze mogelijkheid wordt onderzocht omdat de aanleg van doorgroeistenen goedkoper is dan de aanleg van gepenetreerde breuksteen, daarentegen hebben de doorgroeistenen een hogere ruwheidsfactor wat resulteert in een groter overslagdebiet. Hierdoor kan een vergelijking worden gemaakt met de kosten van de aanleg van de buitenbekleding versus de hoogte van de achterliggende dijk. Dus net als bij variant 2 wordt de bekleding met doorgroeistenen opgetrokken tot de huidige kruinhoogte. Figuur 23: Variant 4: Optrekken buitenbekleding met doorgroeistenen (Doorsnede op kilometer 35,15) Betrouwbaarheid sluiten Nadat de dimensionering van de achterliggende dijk bekend is als gevolg van golfoverslag of overloop bij de verschillende varianten, kan de betrouwbaarheid op sluiten worden getoetst. Bij de voorgaande berekeningen van de varianten is een hoogte van de achterliggende kering bepaald. De berekende hoogte bij de varianten blijft gelden voor het noordelijke pand (zilte landbouw). Daarentegen is in het zuidelijke pand een inlaatduiker gelokaliseerd. Wanneer er sprake is van falen van de schuif bij de inlaatduiker zal er een grote hoeveelheid water het gebied in stromen. De hoeveelheid instromende water en de ontstane waterstand is van invloed op de hoogte van de achterliggende kering. Voor de uitlaatduiker wordt de betrouwbaarheid sluiting ook onderzocht en deze wordt voorzien van twee terugslagkleppen waarvan de faalkans kleiner is dan bij de inlaatduiker. (Lenting, 2017). De provincie Groningen is verantwoordelijk voor het inrichten van het gebied en hier is nog geen duidelijk besluit over de locatie van de in- en uitlaatduikers. Na overleg met de onderzoeksleider dhr. Veendorp (Interview, 2017) is besloten om de inlaatduiker in het zuidelijk pand te lokaliseren en de uitlaatduiker in het noordelijk pand. Dit is het geval omdat bij deze toetsing een aantal procedures van belang zijn voor het functioneren van de schuif in de duiker, Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 34

35 welke afhankelijk zijn van de locatie. De procedures zijn bijvoorbeeld of de schuif naast machinaal ook handmatig bediend kan worden, hoe vaak de schuif geopend en gesloten wordt, of een calamiteitenteam de duiker goed kan bereiken tijdens hoogwater, enz. Voor de inrichting is het bijvoorbeeld van belang om te weten hoeveel schuiven er geplaatst worden in de duiker, hoeveel elektromotoren er toegepast worden, enz. Betrouwbaarheid sluiten wordt op dit soort onderdelen getoetst middels score-tabellen, waarin de uitkomst aangeeft of de duiker voldoet of niet. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 35

36 7 Betrouwbaarheid sluiten 7.1 Uitgangspunten Hieronder staan de specifieke uitgangspunten voor het onderdeel betrouwbaarheid sluiten gesommeerd: De getijdeduiker staat te allen tijde open en sluit alleen bij hoogwater; De inlaatduiker bevindt zich in het zuidelijk pand en de uitlaatduiker in het noordelijk pand (Veendorp, Locatie duikers dubbele dijk ( ), 2017); De overschrijdingsfrequenties van de waterstanden zijn bepaald in de Eemshaven en worden toegepast voor de locatie van de dubbele dijk (Rijkswaterstaat, 2013); De signaleringswaarde van het dijktraject is 1: jaar waarbij een driemaal grotere overstromingskans hoort van 1:3000 jaar (Deltares, 2016); De faalkansruimtefactor voor betrouwbaarheid sluiting is conform de standaard faalkansbegroting en bedraagt vier procent (Rijkswaterstaat, 2016); Er bevinden zich zes kunstwerken in dijktraject 6-7 (Deltares, 2016); De procedures die beschreven staan in de calamiteitenplan uit 2016 van Noorderzijlvest worden ook toegepast bij de getijdeduikers (Noorderzijlvest, 2016); De tijd van herstel bij de getijduikers dient binnen twaalf uur te gebeuren. 7.2 Toelichting berekening Het eerste onderdeel bij betrouwbaarheid sluiting is de bepaling van het open keerpeil. Het open keerpeil is de buitenwaterstand welke bij een open afsluitmiddel nog juist niet tot een ontoelaatbaar instromend volume water leidt (TAW, 2003). Dit open keerpeil staat in relatie met het sluitpeil van de getijdeduiker waarvan het sluitpeil in eerste instantie op 1,75 [m + NAP] wordt gezet. Wanneer de sluiting bij het sluitpeil niet functioneert, is nog enige tijd gereserveerd om maatregelen te nemen dat de sluiting weer functioneert. Hierdoor wordt het open keerpeil hoger ingezet dan het sluitpeil, namelijk: 2,0 [m + NAP]. Doordat de overschrijdingswaarden van de hoogwaterstanden in een grafiek worden gezet kan voor het open keerpeil de herhalingstijd worden bepaald. Deze bepaling wordt verricht middels het toepassen van de raaklijnformule. Vervolgens is de faalkanseis bepaald aan de hand van de toelaatbare overstromingskans, de faalkansruimtefactor en het aantal kunstwerken in het dijktraject. Zoals in de uitgangspunten hierboven benoemd wordt de standaard faalkansbegroting toegepast. Het toepassen van de standaard faalkansbegroting wordt geadviseerd door KPR (2016) omdat bij aanpassing van de faalkansruimte dit een nadelig effect kan hebben op de overige faalmechanismen. Aansluitend op de bepaling van de faalkanseis wordt de kans op falen van de sluiting bepaald middels de scoretabellen (TAW, 2003). De scoretabellen die te zien zijn in Bijlage II.3 en III.3 zijn verstrekt door dhr. Lenting (2017). Deze tabellen zijn ingevuld met het uitgangspunt dat de procedures en maatregelen benoemd in (Noorderzijlvest, 2016) worden toegepast bij de getijdeduikers. Daarnaast zijn er aannames verricht in de tabellen waarbij deze als aanbeveling worden meegegeven. Er is ook nog mogelijkheid op herstel wanneer de sluiting of een ander onderdeel van de getijdeduiker niet werkt en wat de betrouwbaarheid sluiting benadeeld. Het uitgangspunt in deze berekening is dat de maximale hersteltijd hierbij twaalf uur bedraagt. Wanneer er geen hersteltijd wordt gerekend is volgens TAW (2003) de berekening te conservatief uitgevoerd. Ten slotte kan de betrouwbaarheid sluiting berekend worden. In de berekening komt naar voren dat de duikers voldoen aan betrouwbaarheid sluiting. Hierdoor dient er gerekend te worden met de instroomvolume van water bij het sluitpeil van 1,75 [m+ NAP]. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 36

37 7.3 Resultaten berekening In onderstaande tabel zijn alle resultaten van de berekeningen weergegeven. Tabel 4: Resultaten berekening betrouwbaarheid sluiten Betrouwbaarheid sluiting Onderdeel Waarde Eenheid Inlaatduiker Sluitpeil 1,75 [m + NAP] Open keerpeil 2,00 [m + NAP] Overschrijdingswaarde/hoeveelheid sluitingen per jaar 23 [ keer / jaar] Faalkanseis getijdeduiker 2, [ keer / jaar] Kans op falen van de sluiting 1, [ keer / jaar] Kans op herstel 0,1 [-] Uitlaatduiker Sluitpeil 1,75 [m + NAP] Open keerpeil 2,00 [m + NAP] Overschrijdingswaarde/hoeveelheid sluitingen per jaar 23 [ keer / jaar] Faalkanseis getijdeduiker 2, [ keer / jaar] Kans op falen van de sluiting 1, [ keer / jaar] Kans op herstel 0,1 [-] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 37

38 8 Variant 1: Restprofielbenadering 8.1 Uitgangspunten De specifieke uitgangspunten voor variant 1 in beide panden zijn: Restprofiel bestaat uit de geometrie van de oude zeedijk (Tichelaar, 2017); Restprofiel fungeert als golfbreker voor de reductie van belastingen op de achterliggende kering (Veendorp, Interview, 2017) (Vries, 2017); Scenario 2: Erosie is gestart alvorens maximale hoogwaterstand is opgetreden (Kok, 2017). 8.2 Toelichting berekening Zoals hiervoor benoemd zal voor variant 1 worden gerekend met de hoogte van het restprofiel. Het restprofiel bestaat uit de dimensionering van de oude zeedijk welke verkregen worden uit de oude bestekstekeningen van de dijkversterking in de jaren 60 en 70, zie Bijlage II en Bijlage VIII. Deze hoogte dient dan nog gereduceerd te worden met reeds opgetreden bodemdaling van 20 [cm]. In Figuur 16 is te zien op welke locaties de dwarsprofielen zijn genomen en welke hydraulische randvoorwaarden hierbij van toepassing zijn (gele rechthoeken). Het erosieproces bij de dijk is een belangrijke factor voor de hoeveelheid water die in het tussenliggend gebied terecht komt. Hierbij zijn er twee scenario s mogelijk in het erosieproces. Ten eerste is het mogelijk dat het eroderen begint wanneer de waterstand op zijn hoogst is, nadat erosie volledig heeft opgetreden is de waterstand inmiddels ook weer gezakt. Bij dit scenario is het mogelijk dat het restprofiel het water nog kan keren. Een tweede scenario is dat het erosieproces is gestart alvorens het water zijn hoogste stand heeft bereikt. Hier is de kans groter dat wanneer erosie volledig heeft opgetreden de waterstand zijn hoogste punt bereikt (Kok, 2017). Hierdoor is het restprofiel niet meer in staat het buitenwater te keren en zal er sprake zijn van overloop. In dit onderzoek wordt gerekend met de maatgevende situatie van het tweede scenario, zie Figuur Restprofiel (klei) Noorse steen Basalt Maatgevende waterstand Figuur 24: Maatgevende scenario Het tussenliggend gebied dat het water moet bergen zal binnen de stormduur zijn volgelopen. Vervolgens zal het buitenwaterstand en de waterstand in het tussenliggend gebied nivelleren. Hierdoor dient de achterliggende kering op de maatgevende waterstand te worden berekend, waarbij de effecten van het restprofiel op de hydraulische randvoorwaarden worden berekend als een type golfbreker. 8.3 Golfbreker-effect op hydraulische randvoorwaarden De kruin van het restprofiel zal bij maatgevend hoogwater onder water staan. Dit geeft een ander beeld dan de golfbrekers die we gewend zijn, welke boven het water uitkomen. Daarentegen worden er ook golfbrekers toegepast die geheel onder water liggen (submerged breakwaters). Voor de berekeningen van het restprofiel wordt gebruik gemaakt van de formules voor de submerged breakwaters. Het doel van de golfbrekers is om de energie uit de golven te halen door deze te breken. Door het golfbrekereffect zullen de hydraulische randvoorwaarden sterk veranderen nadat golven het restprofiel zijn gepasseerd. Met deze nieuwe hydraulische randvoorwaarden zal dan de kruinhoogte van de achterliggende dijk worden berekend. De Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 38

39 toegepaste parameters uit de hydraulische randvoorwaarden, welke aangepast moeten worden voor de berekeningen van golfoverslag, zijn: T m = Gemiddelde golfperiode; H t = Overgedragen golfhoogte. Voor de kruinhoogte bepaling met gebruik van de overslagberekening is de gemiddelde golfperiode (T m ) ook een inputfactor. De gemiddelde golfperiode wordt middels een grafiek, waarbij een coëfficiënt wordt bepaald die vermenigvuldigd dient te worden met de bekende golfperiode vóór de golfbreker. Voor de exacte berekening en bepaling van de waarden, zie Bijlage II en Bijlage VIII. 8.4 Resultaat berekeningen In Tabel 6 zijn de resultaten weergegeven met welke kruinhoogte van de achterliggende kering behoort tot de kritieke overslagdebiet van 5 [l/m/s]. Er is hier gerekend met een maatgevende waterstand op de achterliggende kering en de nieuw bepaalde hydraulische randvoorwaarden (Tabel 5), omdat het restprofiel onder water gelegen is en dus geen waterkerende functie meer heeft. Tabel 5: Bepaling maatgevende hydraulische waarden als gevolg van golfbreker-effect (voorbeeld km 36,00) Hydraulische parameters Hydraulische waarde open water (buitenzijde dubbele dijk) Hydraulische waarde tussenliggend gebied (binnenzijde dubbele dijk) Gewijzigd door golfbreker-effect [ja/nee] Waterstand (SWL) [m + NAP] 6,65 6,65 Nee Significante golfhoogte (H m0 ) [m] 2,33 1,16 Ja Spectrale golfperiode (T m1 0 ) [sec] 5,01 3,71 Ja Golfrichting (β) [deg] Nee Maatgevende stormduur [sec] Nee Gemiddelde golfperiode (T m ) [sec] 5,01 3,71 Ja Tabel 6: Resultaten variant 1 Noordelijk en zuidelijk pand Kilometer Hydra-uitvoerpunt Q crit [l/m/s] 2%- Golfoploophoogte [m] Benodigde kruinhoogte achterliggende dijk [m] Noordelijk pand 36, ,69 7,58 35, ,63 7,58 35, ,13 7,50 Zuidelijk pand 34, ,07 7,47 34, ,52 6,97 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 39

40 8.5 Conclusie en aanbevelingen Conclusie Bij maatgevend hoogwater is het restprofiel niet in staat om het water te keren, het hoogwater staat bijna een meter boven de kruinhoogte van het restprofiel. Dit is het geval wanneer het restprofiel bestaat uit de geometrie van de oude zeedijk. Dit profiel ontstaat door het erosieproces alvorens en tijdens de ontwerpstorm. Hierbij is het idee dat er rekening moet worden gehouden met een gelijkwaardige storm vlak na de eerste storm. Hierdoor heeft men geen tijd om de dijk te repareren en dient dus gerekend te worden met een restprofiel. Het idee achter de dubbele dijk is dat er een lagere achterliggende dijk komt te liggen, maar gezien de resultaten van de achterliggende dijk en de kruinhoogte van het restprofiel (zie Figuur 19) zal de kruinhoogte van de achterliggende dijk hoger komen te liggen dan van de voorliggende dijk. Maar voordat erosie de voorliggende kering heeft aangetast wordt de kruinhoogte van de achterliggende kering ongeveer 0,5 [m] lager dan de kruin van de voorliggende kering. Bij toepassing van deze variant zal dus de buitenbekleding en de hoogte van de voorliggende kering niet aangepast worden, maar dient er significant grondverzet plaats te vinden voor de opbouw van de achterliggende dijk. Hoogte achterliggende dijk noordelijk pand: 7,58 [m + NAP] Hoogte achterliggende dijk zuidelijk pand: 7,47 [m + NAP] Aanbeveling Bij deze variant is als uitgangspunt genomen dat het restprofiel wordt benaderd in de vorm van de oude zeedijk. Hierin is aangenomen dat de oude zeedijk zeer stevig is en nauwelijks erodeert, in tegenstelling tot de zandlaag erboven. Maar er is optimalisatie mogelijk om het restprofiel beter te onderzoeken door middel van experimenten in de Deltagoot en/of reststerkte berekeningen. Hier kan uit voortkomen dat het restprofiel eventueel nog een kerende hoogte heeft en/of meer reducerend werkt op de hydraulische randvoorwaarden, waarbij dan de kruinhoogte van de achterliggende dijk lager kan. Dit alles heeft te maken met de zogenoemde onbenutte sterkte van een dijk. Tijdens een gesprek met Dhr. Veendorp (Interview, 2017) werd aangegeven dat de dijk zijn bewezen sterkte heeft geleverd. Momenteel loopt er ook een onderzoek naar de onbenutte sterkte, wat later eventueel meegenomen kan worden voor het ontwerp van de dubbele dijk. De filosofie van de onbenutte sterkte is dat er tijdens het ontwerp vaak te conservatief ontworpen wordt en dat er geen gebruik wordt gemaakt van onbenutte sterktecomponenten, zie Figuur 25. Figuur 25: Filosofie van de onbenutte sterkte (Breteler, 2017) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 40

41 9 Variant 2: Optrekken bekleding met gepenetreerde breuksteen 9.1 Uitgangspunten Hieronder staan de variant-specifieke uitgangspunten van beide panden gesommeerd: Behoud huidige kruinhoogte van voorliggende kering; Harde bekleding, bestaande uit breuksteen vol en zat gepenetreerd met beton, wordt doorgezet vanaf de huidige bekleding tot aan de kruin; Waterstand in tussenliggend gebied wordt bepaald door golfoverslag en aanwezige waterstand (door getijdewerking); Waterstand in het tussenliggend gebied is 1,75 m + NAP (sluitpeil inlaat); Waterstand tussenliggend gebied onderhevig aan opwaaiing en golfgroei (TAW, 1989). 9.2 Toelichting berekening Zoals in de uitgangspunten is benoemd wordt vanaf de huidige bekleding een breuksteenbekleding (vol & zat gepenetreerd met beton) opgetrokken tot aan de huidige kruin. Welk type huidige bekleding aanwezig is (Noorse steen, basalt of koperslakblokken) en de bijbehorende hoogtes is afhankelijk van de te berekenen doorsnede. Deze doorsnede afhankelijke geometrie wordt ingevoerd in PC-Overslag en hieruit komt een overslagdebiet. Verder wordt de waterstand in het tussenliggend gebied bepaald door een gemiddelde van deze overslagdebieten, inclusief de toestroom uit de inlaatduiker. Deze toestroom door de inlaatduiker wordt bepaald door het sluitpeil (1,75 [m + NAP]). Wanneer de waterstand in het tussenliggend gebied bekend is, wordt er bij een storm de opwaaiing en golfgroei berekend middels de Bretschneider formules (Rijksinstituut voor kust en zee, 2004). Deze twee factoren zijn afhankelijk van de maatgevende windsnelheid en windrichting. Omdat er geen beschikbare windparameters beschikbaar zijn voor de locatie van de dubbele dijk, wordt gebruik gemaakt van de waarden die van toepassing zijn op de Eemshaven (Deltares, 2013). Wanneer de windparameters niet maatgevend zijn is het voor een schetsontwerp toegestaan om de maatgevende windsnelheid toe te passen op alle windrichtingen (Smit, 2017). In deze berekening wordt dan de windrichting gebruikt die de grootste strijklengte geeft, namelijk noordwestenwind. Daarna is met de nieuwe hydraulische waarden van het tussenliggend gebied, de kruinhoogte van de achterliggende dijk bepaald met behulp van PC-Overslag. 9.3 Resultaat berekening In onderstaande tabellen zijn de resultaten van de berekening samengevat. Voor een uitwerking van de berekeningen, zie Bijlage V en Bijlage IX. Tabel 7: Resultaten overslagdebiet voorliggende kering Kilometer Hydra-uitvoerpunt Huidige kruinhoogte [m] Noordelijk pand 36, ,50 4,51 35, ,04 10,83 35, ,72 9,62 Zuidelijk pand 34, ,07 2,77 34, ,05 0,00 Overslagdebiet [l/m/s] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 41

42 In Tabel 8 staan de berekende waarden die benodigd zijn voor het bepalen van de nieuwe hydraulische waarden (Tabel 9) in het tussenliggend gebied, om uiteindelijk te komen tot de hoogte van de achterliggende kering (Tabel 10). Tabel 8: Berekende waarden Berekening van Resultaat Eenheid Noordelijk pand Waterstand (SWL) 3,12 Meter Opwaaiing ( h) 0,06 Meter Golfgroei hoogte (H 1/3 ) 0,92 Meter Golfgroei periode (T 1/3 ) 4,20 Seconden Zuidelijk pand Waterstand (SWL) 2,64 Meter Opwaaiing ( h) 0,04 Meter Golfgroei hoogte (H 1/3 ) 0,81 Meter Golfgroei periode (T 1/3 ) 3,96 Seconden Tabel 9: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied noordelijk pand Parameter Waarde Eenheid Noordelijk pand Waterstand (SWL) 2,43 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 0,92 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,20 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,20 Seconden Zuidelijk pand Waterstand (SWL) 1,93 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 0,81 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 3,96 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 3,96 Seconden Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 42

43 Uiteindelijke resultaat van de hoogte van de achterliggende kering: Tabel 10: Resultaat hoogte achterliggende kering Q crit Benodigde kruinhoogte Noordelijk pand 5 [l/m/s] 4,21 [m] Zuidelijk pand 5 [l/m/s] 3,44 [m] 9.4 Conclusie en aanbevelingen Conclusie Er zijn een aantal doorsnedes waarvan het overslagdebiet al kleiner is dan het toelaatbaar overslagdebiet van 5 [l/m/s]. Door deze kleinere waarden ontstaat er ook een kleinere waterschijf in het tussenliggend gebied. Hierdoor kan de achterliggende kering van het noordelijk pand al volstaan met een hoogte van circa 4,21 [m + NAP] en de achterliggende kering van het zuidelijk pand met circa 3,44 [m + NAP] Aanbevelingen Wat in de conclusie is geschreven over de kleine waarden van de overslagdebieten, zou men er eventueel voor kunnen kiezen om de breuksteenbekleding niet helemaal tot de kruin aan te leggen. Hierdoor komen er grotere overslagdebieten over de voorliggende kering en dient de achterliggende kering hoger te worden opgebouwd. Een advies is om hier een duidelijk balans tussen te vinden: hoogte optrekken bekleding versus hoogte achterliggende dijk. Daarvoor kunnen de berekeningen worden gebruikt in dit onderzoek. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 43

44 10 Variant 3: Reguliere dijkverbetering 10.1 Uitgangspunten Vanaf de huidige bekleding wordt een breuksteenbekleding (vol & zat gepenetreerd met beton) opgetrokken tot aan de kruin; Bij de voorliggende kering geldt een maximaal toelaatbaar debiet van 5 [l/m/s]; De waterstand in het tussenliggend gebied wordt bepaald door het overslagdebiet van de voorliggende kering en de aanwezige waterstand (door getijdewerking); Waterstand in het tussenliggend gebied is 1,75 m + NAP (sluitpeil inlaat); Waterstand tussenliggend gebied onderhevig aan opwaaiing en golfgroei (TAW, 1989) Toelichting berekening Van de voorliggende kering hoeven geen overslagberekeningen worden gemaakt omdat deze al in het kader van het project dijkversterking Eemshaven Delfzijl zijn uitgevoerd (Witteveen+Bos, 2017). Deze resultaten zijn toegepast om de waterstand in het tussenliggend gebied te bepalen. Van hieruit wordt op dezelfde wijze als in Hoofdstuk 9.2 de hoogte van de achterliggende dijk bepaald Resultaat berekening In onderstaande tabellen zijn de resultaten van de berekening samengevat. Voor een uitwerking van de berekeningen, zie Bijlage VI en Bijlage X. Tabel 11: Resultaten overslagdebiet voorliggende kering Kilometer Hydra-uitvoerpunt Ontwerpkruinhoogte [m] Noordelijk pand 36, ,77 2,89 35, ,36 4,98 35, ,36 0,85 Zuidelijk pand 34, ,36 0,85 34, ,36 0,07 Overslagdebiet [l/m/s] In Tabel 12 staan de berekende waarden die benodigd zijn voor het bepalen van de nieuwe hydraulische waarden (Tabel 13) in het tussenliggend gebied, om uiteindelijk te komen tot de hoogte van de achterliggende kering (Tabel 14). Tabel 12: Berekende waarden Berekening van Resultaat Eenheid Noordelijk pand Waterstand (SWL) 2,72 Meter Opwaaiing ( h) 0,07 Meter Golfgroei hoogte (H 1/3 ) 0,83 Meter Golfgroei periode (T 1/3 ) 4,00 Seconden Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 44

45 Zuidelijk pand Waterstand (SWL) 2,55 Meter Opwaaiing ( h) 0,04 Meter Golfgroei hoogte (H 1/3 ) 0,79 Meter Golfgroei periode (T 1/3 ) 3,91 Seconden Tabel 13: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied noordelijk pand en zuidelijk pand Parameter Waarde Eenheid Noordelijk pand Waterstand (SWL) 2,04 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 0,83 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,00 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,00 Seconden Zuidelijk pand Waterstand (SWL) 1,84 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 0,79 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 3,91 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 3,91 Seconden Uiteindelijke resultaat van de hoogte van de achterliggende kering: Tabel 14: Resultaat hoogte achterliggende kering Q crit Benodigde kruinhoogte Noordelijk pand 5 [l/m/s] 3,60 [m] Zuidelijk pand 5 [l/m/s] 3,30 [m] 10.4 Conclusie en aanbevelingen Conclusie Met een kruinverhoging van (0,20 tot 0,40 [m]) en het optrekken van een breuksteenbekleding tot aan de kruin is hier sprake van een klein overslagdebiet. Hierdoor hoeft de achterliggende dijk niet hoog aangelegd te worden, namelijk 3,60 [m + NAP] bij het noordelijk pand en 3,30 [m + NAP] bij het zuidelijk pand. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 45

46 11 Variant 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen 11.1 Uitgangspunten Hieronder staan de variant-specifieke uitgangspunten van beide panden gesommeerd: Behoud huidige kruinhoogte van voorliggende kering; Harde bekleding, bestaande uit doorgroeistenen wordt doorgezet vanaf de huidige bekleding tot aan de kruin; Waterstand in tussenliggend gebied wordt bepaald door golfoverslag en aanwezige waterstand (door getijdewerking); Waterstand in het tussenliggend gebied is 1,75 m + NAP (sluitpeil inlaat); Waterstand tussenliggend gebied onderhevig aan opwaaiing en golfgroei (TAW, 1989) Toelichting berekening De berekening wordt op dezelfde wijze toegepast als in Hoofdstuk 9.2. Alleen in plaats van gepenetreerde breuksteen worden doorgroeistenen toegepast Resultaat berekening In onderstaande tabellen zijn de resultaten van de berekening samengevat. Voor een uitwerking van de berekeningen, zie Bijlage VII en Bijlage XI. Tabel 15: Resultaten overslagdebiet voorliggende kering Kilometer Hydra-uitvoerpunt Huidige kruinhoogte [m] Noordelijk pand 36, ,50 11,18 35, ,04 23,06 35, ,72 17,32 Zuidelijk pand 34, ,07 6,47 34, ,05 0,03 Overslagdebiet [l/m/s] In Tabel 16 staan de berekende waarden die benodigd zijn voor het bepalen van de nieuwe hydraulische waarden (Tabel 9) in het tussenliggend gebied, om uiteindelijk te komen tot de hoogte van de achterliggende kering (Tabel 10). Tabel 16: Berekende waarden Berekening van Resultaat Eenheid Noordelijk pand Waterstand (SWL) 3,78 Meter Opwaaiing ( h) 0,05 Meter Golfgroei hoogte (H 1/3 ) 1,07 Meter Golfgroei periode (T 1/3 ) 4,50 Seconden Zuidelijk pand Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 46

47 Waterstand (SWL) 2,83 Meter Opwaaiing ( h) 0,03 Meter Golfgroei hoogte (H 1/3 ) 0,86 Meter Golfgroei periode (T 1/3 ) 4,06 Seconden Tabel 17: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied noordelijk pand Parameter Waarde Eenheid Noordelijk pand Waterstand (SWL) 3,03 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,07 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,50 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,50 Seconden Zuidelijk pand Waterstand (SWL) 2,11 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 0,86 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,06 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,06 Seconden Uiteindelijke resultaat van de hoogte van de achterliggende kering: Tabel 18: Resultaat hoogte achterliggende kering Q crit Benodigde kruinhoogte Noordelijk pand 5 [l/m/s] 5,23 [m] Zuidelijk pand 5 [l/m/s] 3,74 [m] 11.4 Conclusie en aanbevelingen Conclusie De harde bekleding optrekken met doorgroeistenen heeft als nadeel dat er meer overslag plaatsvindt als gevolg van een mindere ruwheid dan de breuksteenbekleding. Daarentegen is de verwachting dat de totale kosten van inkoop en uitvoering bij de doorgroeistenen aantrekkelijker is dan de breuksteenbekleding. De kruinhoogte van de achterliggende dijk bij het noordelijk pand is bijvoorbeeld één meter lager. Dit is het gevolg van een ruwere bekleding bij de gepenetreerde breuksteen. Bij toepassing van doorgroeistenen komt de kruinhoogte van de achterliggende dijk bij het noordelijk pand op 5,23 [m + NAP] en bij het zuidelijk pand op 3,74 [m + NAP]. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 47

48 Aanbevelingen De doorgroeistenen zijn in deze variant onderzocht omdat deze erosie op het buitentalud voorkomen en goedkoper in aanleg zijn dan de breuksteenbekleding. Hierbij is niet onderzocht of de doorgroeistenen weerstand kunnen bieden aan golfklappen. Wanneer de doorgroeistenen deze weerstand niet kunnen bieden zal deze variant uiteindelijk over gaan in variant 1 (restprofiel). Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 48

49 12 Opzet kostenraming In dit hoofdstuk wordt voor de achterliggende kering een kostenraming opgezet. Dit geeft een globaal beeld van de kosten die benodigd zijn voor het grondverzet ten behoeve van de opbouw van de achterliggende dijk. Vanzelfsprekend kan pas een vergelijking tussen de varianten worden gemaakt als de kosten van de voorliggende kering ook inzichtelijk zijn. De kostenraming van de voorliggende kering is niet opgesteld in verband met het ontbreken van de benodigde gegevens, zoals: kosten van optrekken breuksteenbekleding, kosten optrekken doorgroeistenen en de kosten van de kruinverhoging. Als uitgangspunt van de kosten van het grondverzet van het klei is genomen: 15,- euro/m 3 /strekkende meter (Noorderzijlvest, 2017). De kosten worden beperkt doordat het klei lokaal kan gewonnen en geen transport benodigd is Resultaten Tabel 19: Volumes van de achterliggende kering Noordelijk pand Variant m 3 /m 1 1: Restprofielbenadering 195,1 2: Optrekken breuksteenbekleding 65,8 3: Reguliere dijkverbetering 49,7 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen 97,7 Zuidelijk pand 1: Restprofielbenadering 189,8 2: Optrekken breuksteenbekleding 45,8 3: Reguliere dijkverbetering 42,6 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen 53,2 Tabel 20: Kostenraming achterliggende kering Noordelijk pand (lengte = 1450 [m]) Variant Euro 1: Restprofielbenadering ,- 2: Optrekken breuksteenbekleding ,- 3: Reguliere dijkverbetering ,- 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen ,- Zuidelijk pand (lengte = 1050 [m]) 1: Restprofielbenadering ,- 2: Optrekken breuksteenbekleding ,- 3: Reguliere dijkverbetering ,- 4: Optrekken bekleding met doorgroeistenen ,- Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 49

50 13 Eindconclusie Voor de bepaling van de achterliggende dijk zijn er een viertal varianten opgesteld. Deze varianten variëren in aanpassing aan de voorliggende kering. De vier varianten zijn: 1. Restprofielbenadering (niets aan voorliggende kering doen); 2. Buitentalud optrekken met gepenetreerde breuksteen; 3. Reguliere dijkverbetering (Buitentalud optrekken met gepenetreerde breuksteen inclusief een kruinverhoging); 4. Buitentalud optrekken met doorgroeistenen. Van deze vier varianten is het effect op de achterliggende dijk bepaald. Dit effect wordt in deze conclusie samengevat. Voordat de vier varianten worden geanalyseerd, dient eerst het instromend volume bij de getijdeduikers worden bepaald. Dit gebeurt middels de toetsing van betrouwbaarheid sluiting. Bij het onderdeel betrouwbaarheid sluiting voldoen beide getijdeduikers (met een sluitpeil van 1,75 [m]) aan de gestelde norm. Dit is mogelijk gemaakt door het handhaven van de gestelde procedures en maatregelen benoemd in de scoretabellen. Daarnaast is dit mogelijk gemaakt door het introduceren van een hersteltijd van twaalf uur, waarbij eventuele kleine schades of belemmeringen voorkomen kunnen worden voordat een tweede storm optreedt. De uitkomst van deze berekening geeft aan dat het maximale instromend volume (en daarmee dus door de getijdeduikers bepaalde waterstand in het tussenliggend gebied 1,75 0,75 [m] = 1,00 [m + NAP]) bedraagt. Naast de instromend volume door de getijdeduikers wordt de waterstand in het tussenliggend gebied ook bepaald door het overslagdebiet van de voorliggende kering. De aanpassing van de voorliggende kering heeft hier dus invloed op, want met een ruwere bekleding slaat er minder water over dan bij een gladdere bekledingstype. Wanneer door overslag de waterstand in het tussenliggend gebied is berekend, wordt eerst de opwaaiing bepaald en vervolgens door middel van de Bretschneider formules de golfgroei berekend. Ten slotte wordt met deze nieuwe hydraulische randvoorwaarden de hoogte van de achterliggende dijk bepaald. De eerste variant beschrijft het gedrag bij het ontstaan van een restprofiel als gevolg van erosie tijdens hoogwater. Deze erosie kan optreden omdat boven de huidige bekleding geen nieuwe bekleding wordt aangelegd en dit talud dus uit grasbekleding bestaat. In de veiligheidsfilosofie van een dubbele dijk is het toegestaan dat er schade optreedt aan de voorliggende kering. Deze schade zal zorgen voor een aanzienlijke kruinverlaging met als gevolg overloop van het buitenwater. De kruinverlaging gaat tot het niveau van de kruin van de oude zeedijk. Omdat er sprake is van overloop en een beperkte komberging, is met dezelfde waterstand gerekend als het buitenwater. De golfhoogtes en golfperiodes zijn daarentegen wel opnieuw bepaald. Hierbij is verondersteld dat de voorliggende kering fungeert als een type golfbreker. In dit onderzoek is onderzocht wat het effect is van het restprofiel (oude zeedijk) op de achterliggende dijk. De resultaten zijn dat de achterliggende dijk in het noordelijk pand een hoogte krijgt van 7,60 [m + NAP] en in het zuidelijk pand een hoogte van 7,50 [m + NAP]. De tweede variant is opgezet om de erosie aan het buitentalud te voorkomen en daarmee de huidige kruinhoogte te behouden. In deze variant wordt het buitentalud opgetrokken met een beton gepenetreerde breuksteen zoals deze in de reguliere dijkverbetering ook wordt toegepast. Nadat hiervan de waterstand en de hydraulische randvoorwaarden van het tussenliggend gebied zijn bepaald, komt bij het noordelijk pand een hoogte van 4,21 [m+ NAP] en bij het zuidelijk pand een hoogte van 3,44 [m + NAP] voor de achterliggende dijk. Een kruinverhoging en het optrekken van de breuksteenbekleding tot aan de ontwerpkruinhoogte bij de voorliggende kering hoort bij variant 3. Van deze variant waren de overslagberekeningen al uitgevoerd door Witteveen+Bos en deze zijn overgenomen ten behoeve van het bepalen van de waterstand in het tussenliggend gebied. Na de berekeningen voor deze variant krijgt de achterliggende dijk in het noordelijk pand een hoogte van 3,60 [m+ NAP] en in het zuidelijk pand een hoogte van 3,30 [m + NAP]. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 50

51 Ten slotte is variant vier berekend, waarbij de buitenbekleding wordt opgetrokken met doorgroeistenen. Deze bekledingstype is gladder en de verwachting was juist dat hier dan ook een groter overslagdebiet zou optreden met als gevolg een hogere waterstand in het tussenliggend gebied. Na de berekeningen van de opwaaiing en golfgroei als nieuwe hydraulische randvoorwaarden krijgt de achterliggende dijk in het noordelijk pand een hoogte van 5,23 [m + NAP] en in het zuidelijk pand een hoogte van 3,74 [m + NAP]. Voor de besluitvorming is het noodzakelijk om te weten welke kosten de verschillende varianten hebben en hierdoor is voor alle varianten de kosten van de achterliggende dijk opgesteld. De kosten van de aanpassingen aan de voorliggende kering zijn niet gemaakt in verband met het ontbreken van prijsgegevens. De kosten van de achterliggende kering zijn geschat op: Variant 1: ,- euro; Variant 2: ,- euro; Variant 3: ,- euro; Variant 4: ,- euro. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 51

52 14 Aanbevelingen De aanbevelingen in dit hoofdstuk zijn gecategoriseerd per berekende onderdeel. Eerst wordt gestart met de algemene aanbevelingen voor het gehele onderzoek: 14.1 Algemene aanbevelingen Berekenen met een toelaatbaar overslagdebiet van 10 [l/m/s] in plaats van 5 [l/m/s], waardoor de kruinhoogte van de achterliggende dijk lager kan komen te liggen. Door het toelaten van een groter overslagdebiet bij de voorliggende kering dient er nog onderzoek te worden gedaan naar de overslagbestendigheid van het binnentalud van de voorliggende kering. Een groter overslagdebiet kan instabiliteit veroorzaken bij de voorliggende kering wanneer het binnentalud hier niet op gedimensioneerd is. In dit onderzoek zijn de kosten van de achterliggende kering geschat met een prijs van 15,- euro / m 3 /strekkende meter. De kosten van de voorliggende kering zijn onbekend door het ontbreken van eenheidsprijzen van de bekledingen en kruinverhoging. Door het opstellen van een kostenraming inclusief de voorliggende kering geeft dit meer duidelijkheid bij de besluitvorming van de toe te passen variant. Verder onderzoek is benodigd om de waterveiligheidssituatie inzichtelijk te maken bij de grensovergang van de dubbele dijk naar de enkele dijk (buiten de scope van de dubbele dijk) Aanbevelingen betrouwbaarheid sluiting Voor het bepalen van de kans op niet sluiten bij de getijdeduiker zijn scoretabellen ingevuld waarin bepaalde maatregelen en procedures in zijn gehanteerd. Aanbevolen wordt om deze maatregelen en procedures te hanteren wanneer de getijdeduiker in werking treedt. Voor de bepaling van de overschrijdingsfrequentie van het open keerpeil zijn de hoogwaterstanden in de Eemshaven gehanteerd. Voor een meer specifieke benadering (en mogelijke optimalisatie) zijn de lokale meetgegevens benodigd bij de dubbele dijk. Nader onderzoek kan bijvoorbeeld aantonen dat het sluitpeil lager kan worden gezet en hiermee het instromend volume van buitenwater in het tussenliggend gebied terugdringt. Bij de kans op herstel is in dit onderzoek een aanname gedaan van de tijdsduur die benodigd is. Aanbevolen wordt om meer onderzoek te doen naar de tijdsduur die benodigd is voor de kans op herstel Variant 1: Restprofiel De aanname van het restprofiel in dit onderzoek is de oude zeedijk. Dit onderzoek kan mogelijk worden geoptimaliseerd wanneer de resultaten van het lopend onderzoek naar de restprofielbenadering zijn afgerond (Breteler, 2017). Mogelijk kunnen hierbij experimenten worden uitgevoerd in de Deltagoot om het gedrag van het restprofiel inzichtelijk te maken Variant 2: Optrekken breuksteenbekleding Een optimalisatie kan worden geleverd door de breuksteen te dimensioneren met een lagere ruwheidsfactor, waardoor minder overslag bij de voorliggende kering zal optreden. Verder kan onderzocht worden wat het effect is als de breuksteenbekleding niet helemaal tot aan de kruin wordt opgetrokken. Dit geeft een kostenbesparing op de voorliggende kering, daarentegen zal de achterliggende dijk wel in kosten stijgen. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 52

53 14.5 Variant 3: Reguliere dijkverbetering Nader onderzoek naar de juiste balans tussen kruinverhoging en hoogte van de op te trekken bekleding kan leiden tot optimalisatie. Deze balans is te vinden door eerst te bepalen hoe hoog de achterliggende kering wordt gedimensioneerd. Wanneer de hoogte van de achterliggende kering is gedimensioneerd en met het instromend debiet via de getijdeduikers, kan berekend worden wat de benodigde kruinverhoging en hoogte van de breuksteenbekleding moet zijn bij de voorliggende kering. De hoogte van de achterliggende kering kan bijvoorbeeld gedimensioneerd worden met het budget dat vrijgegeven is voor dit project Variant 4: Optrekken doorgroeistenen Een voordeel van doorgroeistenen is dat deze goedkoper in aanschaf en aanleg zijn dan de breuksteenbekleding. Het nadeel daarentegen is dat de doorgroeistenen minder robuust zijn dan de breuksteenbekleding. Wanneer nagedacht wordt over het toepassen van doorgroeistenen, dient deze bekledingstype getoetst te worden op golfbelasting. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 53

54 15 Literatuurlijst Alterra Wageningen & Deltares. (2015). Economische en ecologische perspectieven van een dubbele dijk langs de Eems- Dollard. Deltares. Arcadis. (2013). Hydromorfologie Eems-Dollard estuarium. Breteler, V. s. (2017). Reststerkte: De onbenutte sterkte tussen initiële schade en doorbraakkans. Carevic, L. &. (2012). Oceanologia Volume 54 issue 1. Institute of oceanology of Polish academy of science. Delhez, R. (2016, november 10). Betrouwbaarheid sluiting kunstwerken. (R. Delhez, Uitvoerend artiest) Deltares. (2013). Bepaling maatgevende randvoorwaarden Eemshaven. Deltares. Deltares. (2014). Dubbele dijken, een verkenning voor Eemshaven-Delfzijl. Deltares. Deltares. (2016). Ontwerpuitgangspunten DED. Deltares. Deltares. (2016). Veiligheidsconcept Dubbele Dijk. Deltares. Didde, R. (2015, februari 6). Zijn twee dijken beter dan één? Volkskrant, p. 1. Dienst weg- en waterbouwkunde. (2002). Invloedsfactoren voor de ruwheid van toplagen bij golfoploop en overslag. Rijkswaterstaat. Dijkema, K. (2001). Van landaanwinning naar kwelderwerken. Rijkswaterstaat. Eemsdelta. (2014). Icoonproject Vitale kust Eems-Dollard. Groningen: Eemsdelta. ENW. (2016). Grondslagen voor hoogwaterbescherming. ENW. Grontmij. (2016). Schetsontwerp waterkeringen dubbele dijk. Grontmij. Helpdesk water. (2017). Over wettelijk beoordelingsinstrumentarium. Opgeroepen op 4 14, 2017, van Helpdesk Water: HWBP. (2015). Projectenboek Den Haag: Programmadirectie HWBP. Imares Wageningen. (2016). Natura 2000 in het habitatrichtlijngebied Eems-Dollard. Den Helder: Imares Wageningen UR. Jongejan, R. (2013). Dubbele Dijk. (R. Jongejan, Uitvoerend artiest) Nederland. Jongejan, R. (2017, Maart 30). Interview. (S. Hofsté, Interviewer) Kok, M. (2017, April 11). Interview. (S. Hofsté, Interviewer) KPR. (2016). Advies Dubbele Dijk Noorderzijlvest. KPR. KPR. (2016). Faalkansbegroting. KPR. Lenting, F. (2017, april 18). Interview. (S. Hofsté, Interviewer) Memos, C. V. (2007). Wave transmission over submerged breakwaters: Performance of formulae and models. International offshore and polar engineering conference (p. 7). Lisbon: Makris. Ministerie van I&M. (2017). Schematiseringshandleiding betrouwbaarheid sluiten. Ministerie van I&M. (2017, 1 1). Waterwet. Opgeroepen op 4 14, 2017, van Overheid.nl: NAM. (2015). Bodemdaling door Aardgaswinning. NAM. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 54

55 Noorderzijlvest. (2014, Oktober 28). DTM-inmeting. Eemshaven - Delfzijl, Groningen, Nederland. Noorderzijlvest. (2015). Regeling dijkbewaking. Noorderzijlvest. (2016). Calamiteitenplan Noorderzijlvest. Noorderzijlvest. Noorderzijlvest. (2017). Nadere beschrijving demonstratie-project Dubbele Dijk. Noorderzijlvest. POV-Waddenzeedijken. (2015). Plan van aanpak fase 2. POV-Waddenzeedijken. Provincie Groningen. (2016). Onderbouwing innovatie project Dubbele Dijk. Groningen: Provincie Groningen. Rijksinstituut voor kust en zee. (2004). Golfbelastingen in havens en afgeschermde gebieden. Rijksinstituut voor kust en zee. Rijkswaterstaat. (2008). Uitwerking informatiebehoefte waterstanden Rijkswaterstaat. Rijkswaterstaat. Rijkswaterstaat. (2013). Kenmerkende waarden getijdegebied. Rijkswaterstaat. Rijkswaterstaat. (2016). Handreiking ontwerpen met overstromingskansen. Rijkswaterstaat water, verkeer en leefomgeving. RWS-WVL. (2016). Waterveiligheid begrippen begrijpen. Den Haag & Utrecht: Ons Water. Smit, A. (2017, mei 31). Windgegevens Eemshaven - Delfzijl. (S. Hofsté, Interviewer) Sweco. (2016). Inpassingsplan dijkverbetering Eemshaven-Delfzijl. Groningen: Provincie Groningen. Sweco. (2016). Programma van eisen inpassing dubbele dijk, deel 1. Waterschap Noorderzijlvest. Sweco. (2016). Vraagspecificatie Deel 0 Dijkverbetering Eemshaven - Delfzijl. Groningen: Waterschap Noorderzijlvest. Sweco. (2016). Vraagspecificatie deel 2 Dijkverbetering Eemshaven - Delfzijl. Groningen: Waterschap Noorderzijlvest. TAW. (1989). Leidraad voor het ontwerpen van rivierdijken. Den Haag: Waltman. TAW. (1999). Leidraad Zee- en Meerdijken. Rijkswaterstaat. TAW. (2002). Golfoploop en golfoverslag bij dijken. Delft: Rijkswaterstaat. TAW. (2003). Leidraad kunstwerken. TAW. Tichelaar, J. (2017, Maart 30). Interview. (S. Hofsté, Interviewer) Tromp, K. T. (2016). Handreiking innovaties waterkeringen. Van der Meer, R. W. (2000). Wave transmission: spectral changes and its effects on run-up and overtopping. Veendorp, M. (2017, April 4). Interview. (S. Hofsté, Interviewer) Veendorp, M. (2017, april 12). Locatie duikers dubbele dijk ( ). Vries, J. d. (2017, april 21). Wekelijkse peiling. (J. Hofsté, Interviewer) Watervragen.nl. (2013). Opgeroepen op mei 1, 2017, van Witteveen+Bos. (2016). Dijkversterking Eemshaven - Delfzijl - Dijkontwerp. Witteveen+Bos. (2017). Ontwerpnota; Deeltontwerp reguliere hoogwateropgave segment 5 & 6. Delfzijl. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 55

56 16 Illustratie- en tabellenlijst 16.1 Illustratielijst Figuur 1: Inpassing dubbele dijk in de omgeving Figuur 2: Toepassing dubbele dijk met een voorlandkering Figuur 3: Toepassing dubbele dijk met een schermdijk in het voorland Figuur 4: Toepassing dubbele dijk met een achterliggende kering Figuur 5: Vaargeul nabij kering Figuur 6: Economische en ecologische impulsen van een dubbele dijk Figuur 7: Grove inrichting dubbele dijk Figuur 8: Meanderende dijk Figuur 9: Stroomsnelheden in het Eems-Dollard estuarium bij opkomend tij (Arcadis, 2013) Figuur 10: Raai Figuur 11: Sondering bij de voorliggende kering op raai Figuur 12: Normen voor signaleringswaarde en ondergrens Figuur 13: Dijktrajecten Noordoost Groningen Figuur 14: Definitie overstroming bij een dubbele dijk (Jongejan, Dubbele Dijk, 2013) Figuur 15: Locatie duikers en regelbare overlaat Figuur 16: De beschouwde dwarsprofielen voor de berekeningen en de bijbehorende hydraulische uitvoerpunten Figuur 17: Hoogte maaiveld noordelijk en zuidelijk pand (Noorderzijlvest, 2014) Figuur 18: Schematische weergave uitgangspunt variant 1; dijkprofiel achterliggende kering Figuur 19: Variant 1: Restprofielbenadering (Doorsnede op kilometer 35,60) Figuur 20: Voorbeeld intekening oude zeedijk op kilometer 34, Figuur 21: Variant 2: Optrekken buitenbekleding (Doorsnede op kilometer 35,15) Figuur 22: Variant 3: Reguliere dijkverbetering (Doorsnede op kilometer 35,15) Figuur 23: Variant 4: Optrekken buitenbekleding met doorgroeistenen (Doorsnede op kilometer 35,15) Figuur 24: Maatgevende scenario Figuur 25: Filosofie van de onbenutte sterkte (Breteler, 2017) Figuur 26: Overschrijdingsfrequentie open keerpeil Figuur 27: Kans op herstel (Ministerie van I&M, 2017) Figuur 28: Overschrijdingsfrequentie open keerpeil Figuur 29: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 30: Locatie dwarsdoorsnede op km 36, Figuur 31: Variant 1 op kilometer 36,00 met het restprofiel van de oude zeedijk Figuur 32: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Figuur 33: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 34: Locatie dwarsdoorsnede op kilometer 35, Figuur 35: Variant 1 op kilometer 35,60 met restprofiel van de oude zeedijk Figuur 36: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Figuur 37: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 38: Locatie dwarsdoorsnede kilometer 35, Figuur 39: Variant 1 met het restprofiel van de oude zeedijk Figuur 40: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Figuur 41: Geometrie voorliggende kering op kilometer 36, Figuur 42: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 43: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35, Figuur 44: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 45: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35, Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 56

57 Figuur 46: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 47: Hoek windrichting en lengteas (links) en strijklengte (rechts) Figuur 48: Geometrie voorliggende kering op kilometer 36, Figuur 49: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 50: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35, Figuur 51: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 52: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35, Figuur 53: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 54: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 55: Locatie dwarsdoorsnede op km 34, Figuur 56: Variant 1 op kilometer 34,75 met het restprofiel van de oude zeedijk Figuur 57: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Figuur 58: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 59: Locatie dwarsdoorsnede op kilometer 34, Figuur 60: Variant 1 op kilometer 34,25 met restprofiel van de oude zeedijk Figuur 61: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Figuur 62: Geometrie voorliggende kering op kilometer 34, Figuur 63: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 64: Geometrie voorliggende kering op kilometer 34, Figuur 65: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 66: Hoek windrichting en lengteas (links) en strijklengte (rechts) Figuur 67: Geometrie voorliggende kering op kilometer Figuur 68: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Figuur 69: Geometrie voorliggende kering op kilometer 34, Figuur 70: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Tabellenlijst Tabel 1: Kruinhoogtes van de achterliggende kering...5 Tabel 2: Kostenraming achterliggende dijk...5 Tabel 3: Locaties van de dwarsprofielen ten behoeve van de berekeningen Tabel 4: Resultaten berekening betrouwbaarheid sluiten Tabel 5: Bepaling maatgevende hydraulische waarden als gevolg van golfbreker-effect (voorbeeld km 36,00) Tabel 6: Resultaten variant 1 Noordelijk en zuidelijk pand Tabel 7: Resultaten overslagdebiet voorliggende kering Tabel 8: Berekende waarden Tabel 9: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied noordelijk pand Tabel 10: Resultaat hoogte achterliggende kering Tabel 11: Resultaten overslagdebiet voorliggende kering Tabel 12: Berekende waarden Tabel 13: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied noordelijk pand en zuidelijk pand Tabel 14: Resultaat hoogte achterliggende kering Tabel 15: Resultaten overslagdebiet voorliggende kering Tabel 16: Berekende waarden Tabel 17: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied noordelijk pand Tabel 18: Resultaat hoogte achterliggende kering Tabel 19: Volumes van de achterliggende kering Tabel 20: Kostenraming achterliggende kering Tabel 21: Overschrijdingswaarden hoogwaterstanden Eemshaven (Rijkswaterstaat, 2013) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 57

58 Tabel 22 Faalkansbegroting (Rijkswaterstaat, 2016) Tabel 23: Parameters hydra-uitvoerpunt 473 (Deltares, 2016) Tabel 24: Parameters berekening transmissie-coëfficiënt (Rijksinstituut voor kust en zee, 2004) Tabel 25: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 26: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 27: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 28: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 29: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 30: Samenvatting resultaten voorgaande berekeningen Tabel 31: Parameters berekening waterstand Tabel 32: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Tabel 33: Gemiddelde overslagdebiet Tabel 34: Parameters berekening waterstand Tabel 35: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Tabel 36: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 37: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 38: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 39: Samenvatting resultaten voorgaande berekeningen Tabel 40: Parameters berekening waterstand Tabel 41: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Tabel 42: Parameters hydra-uitvoerpunt 476 (Deltares, 2016) Tabel 43: Parameters berekening transmissie-coëfficiënt (Rijksinstituut voor kust en zee, 2004) Tabel 44: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 45: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 46: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 47: Samenvatting resultaten voorgaande berekeningen Tabel 48: Parameters berekening waterstand Tabel 49: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Tabel 50: Gemiddelde overslagdebiet Tabel 51: Parameters berekening waterstand Tabel 52: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Tabel 53: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 54: Parameters hydra-uitvoerpunt Tabel 55: Samenvatting resultaten voorgaande berekeningen Tabel 56: Parameters berekening waterstand Tabel 57: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Tabel 58: Kruinhoogtes van varianten 1 t/m Tabel 59: Volumes achterliggende dijk Tabel 60: Kostenraming achterliggende dijk Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 58

59 Bijlage I Berekening Hoofdstuk 5.3 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 59

60 Bijlage II Betrouwbaarheid sluiting inlaatduiker Zoals beschreven in hoofdstuk is het uitgangspunt van dit onderzoek dat de inlaatduiker gelokaliseerd is in het zuidelijk pand op circa kilometer 34,10. II.1 Overschrijdingsfrequentie Om het open keerpeil te kunnen bepalen dient eerst de overschrijdingsfrequentie te worden bepaald. Hierbij wordt eerst inzichtelijk gemaakt bij welke herhalingstijden de verschillende waterstanden horen. Van hieruit kan dan worden bepaald hoe vaak een waterstand voorkomt per jaar. De waarden in Tabel 21 zijn voor de Eemshaven, gezien de dubbele dijk hier vlakbij ligt worden deze gehanteerd. In het vervolgonderzoek wordt geadviseerd om lokale waarden te gebruiken, die nu nog niet voor handen zijn. Tabel 21: Overschrijdingswaarden hoogwaterstanden Eemshaven (Rijkswaterstaat, 2013) Wanneer deze waarden in een grafiek worden gezet kan middels een raaklijn de overschrijdingswaarden van kleinere herhalingstijden worden bepaald. overschrijdingsfrequentie 7 6 y = ln(x) /1 1 1/ /10 1 1/ / /10000 Figuur 26: Overschrijdingsfrequentie open keerpeil Voor de bepaling van de herhalingstijd bij nieuwe waterstanden geldt de formule van de raaklijn: y = 0,306 ln x + 2,9616 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 60

61 Dus voor de open keerpeil van 2,0 [m] volgt dan een overschrijdingswaarde van: II.2 Faalkanseis e ((2 2,916)/ 0,306) = 23,16 23 [overschrijdingen per jaar] De signaleringswaarde die voor dijktraject 6-7 geldt is 1:10000 jaar, hierbij hoort een overstromingskans van , dus 1:3000 jaar (Deltares, 2016). Van deze overstromingskans naar de faalkanseis per doorsnede geldt de volgende formule: Met: P eis,dsn = Faalkanseis per doorsnede; P eis,dsn = P max ω N P max = Overstromingskans; ω = Faalkansruimtefactor (faalkansbegroting); N = Lengte-effect factor. De faalkansruimtefactor (ω) komt voort uit de faalkansbegroting. Dit betreft een standaard faalkansbegroting, omdat het kennisplatform adviseert om hier niet van af te wijken, gezien dit effect heeft op de veiligheid van andere dijkvakken (KPR, 2016). Tabel 22 Faalkansbegroting (Rijkswaterstaat, 2016) De factor N is het aantal kunstwerken dat zich bevindt in dijktraject 6-7. Het gaat hier dan om de kunstwerken die een niet verwaarloosbare faalkans hebben. Volgens Deltares (2016) zijn er zes kunstwerken aanwezig. Dit geeft dan een faalkanseis van: 1 P eis,dsn = ( ,04 ) 1 = De faalkanseis per doorsnede is dus 1: per jaar. Dit is een strenge eis voor betrouwbaarheid sluiting. II.3 Kans op falen van de sluiting De kans op falen van de sluiting wordt bepaald middels het invullen van de scoretabellen (TAW, 2003). In de onderstaande tabellen zullen de antwoorden worden toegelicht. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 61

62 II.3.1 Falen hoogwateralarmeringssysteem Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 62

63 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 63

64 Vraag A1 A2 A3 B1 B2 B3 B4 Toelichting Er wordt al gebruik gemaakt van een zelfregistrerend systeem voor het vastleggen van overschrijdingswaarden van het signaleringspeil. Dit zal dus ook toegepast worden bij de getijdeduiker. Daarbij is het belangrijk dat er een maandelijkse controle van de metingen plaatsvind (Rijkswaterstaat, 2008). Door Rijkswaterstaat wordt de waterdata continu bijgehouden. Dit is te zien op de website van Rijkswaterstaat, bij waterdata. Verwachting is dat Rijkswaterstaat back-ups heeft van de meetwaarden. Huidige berichtgeving vindt plaats middels social media, persberichten en internet. Dus gaat dit via menselijk handelen. (Noorderzijlvest, 2016) De schriftelijke procedure staat beschreven in het calamiteitenplan van de waterschap (Noorderzijlvest, 2016). In het calamiteitenplan van de waterschap wordt geadviseerd om met medewerkers verplicht twee maal per jaar te oefenen. In dit onderzoek wordt dit advies meegenomen en zal dus ook moeten plaatsvinden. Er dient een terugmeldingsprocedure te zijn. Onbekend is of deze procedure nu ook gebruikt wordt. In Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 64

65 D totaal bestaat de keten uit drie organisaties: Rijkswaterstaat, Noorderzijlvest en dijkbewaking. Het tweede alarmsysteem is een voorspelling die alvorens hoogwater optreedt wordt gedaan door Rijkswaterstaat. Deze voorspelling is online te raadplegen op de site van Rijkswaterstaat. D1 Zie antwoord bij D. D2 D3 E De verwachting is dat Rijkswaterstaat de voorspellingen minimaal eenmaal daags bijwerkt. De verwachting is wederom dat Rijkswaterstaat hier een back-up of controle systeem voor heeft. Dit betreft de voorspelling. E1 Zie antwoord B1. E2 Zie antwoord B2. E3 Zie antwoord B3. E4 Zie antwoord B4. G Het gebied langs de dijk is erg dun bevolkt, dus de verwachting is dat er tijd genoeg zal zijn. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 65

66 II.3.2 Falen mobilisatie Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 66

67 Vraag A1 A2 A3 A4 A5 Toelichting Volgens TAW (2003) geldt deze score ook wanneer het systeem volledig automatisch functioneert. De schuiven worden automatisch gedaald bij aankomend hoogwater. Telt niet mee. Telt niet mee. Telt niet mee. Telt niet mee. B1 Dit is in de huidige situatie al geregeld (Noorderzijlvest, 2015). B2 Niet bekend of dit in de huidige situatie geregeld is, maar dient anders ingevoerd te worden. D1 Zie antwoord A1. D2 Het kunstwerk is meestal bereikbaar. De verwachting is dat tijdens een storm deze duiker minder toegankelijk zijn. Daarom krijgt het ook de laagste score. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 67

68 II.3.3 Bedieningsfout Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 68

69 Vraag A1 A2 A3 Toelichting De bediening zal niet automatisch verlopen, maar er is wel een sluitprocedure aanwezig. Deze sluitingsprocedure dient een terugmeldingsplicht te hebben. Door jaarlijkse oefeningen en besprekingen dient deze procedure bekend te zijn bij alle betrokkenen. A4 De calamiteiten worden jaarlijks geoefend (Noorderzijlvest, 2015). B C1 C2 C3 D De verwachting is dat het systeem dermate is ingesteld dat herstel mogelijk is. De ruimtes waar toegang benodigd is voor beheer en onderhoud worden verlicht en twee maal per jaar gecontroleerd. Deze controle zal jaarlijks worden uitgevoerd. Indien nodig, zijn deze aanwezig. Een realistische mogelijkheid tot herstel wordt verzorgd door het lokaal hebben van reserves. (Reservesleutels, verlichting, enz.) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 69

70 II.3.4 Falen als gevolg van een technische storing Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 70

71 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 71

72 Vraag A1 A2 A3 B D E F H Toelichting De getijdeduikers betreft een permanente keermiddel. De duikers worden minstens twee maal per jaar gecontroleerd en jaarlijks gecontroleerd. Daarnaast is de verwachting dat de duiker vaker dan eenmaal per jaar functioneert. De duikers liggen meer dan 5 m van de rijbaan en meer dan 10 m van een vaargeul. De aandrijving wordt uitgevoerd met een elektromotor, wat voorzien is van een noodaggregaat. Een reserve-aandrijvingssysteem zal worden toegepast. Vanzelfsprekend zijn er normale belemmeringen te verwachten, maar meer dan normaal wordt niet verwacht. Hierbij dient in het ontwerp dan wel rekening te worden gehouden met het slibtransport. De getijdenduikers zijn toegankelijk voor onderhoudspersoneel, dus kan dit ook bij fysieke belemmering. De tweede keermiddel bestaat uit een twee schuif in de duiker. I1 Zie antwoord A1. I2 Zie antwoord A2. I3 Zie antwoord A3. J Zie antwoord B. L Zie antwoord E. Uit deze score-tabellen komt dus een waarde voor de kans op falen van het sluiten: P ns = 3, In de inlaatduiker worden twee schuifen toegepast en hierbij geldt dus een faalkans sluiting van: II.4 Kans op herstel 3, , = 1, Kans op herstel (P f,herstel ) wordt bepaald door de onderstaande omstandigheden (Delhez, 2016): Beschikbare tijd; Tijdsduur herstel; Bereikbaarheid; Afmetingen; Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 72

73 Te keren verval; Oorzaken falen. Figuur 27: Kans op herstel (Ministerie van I&M, 2017) Volgens TAW (2003) is een waarde van P f,herstel = 1,0 erg conservatief, omdat dit impliceert dat kans op herstel helemaal niet mogelijk is. Omdat de inlaatduiker grote afmetingen heeft is het goed toegankelijk voor onderhoudspersoneel en wanneer het sluitpeil duidelijk lager wordt gezet dan het open keerpeil heeft men genoeg tijd om eventuele belemmeringen van sluiten te voorkomen. Met deze gegevens wordt het sluitpeil conservatief gezet op 1,75 [m+ NAP]. Dit heeft te maken met wanneer het sluiten bij het sluitpeil niet werkt, men nog de tijd heeft voordat het open keerpeil overschreden wordt. Hiervoor wordt een tijdsbestek van 12 uur gehanteerd en hierbij een P f,herstel = 0,1, zie Figuur 27. II.5 Berekening betrouwbaarheid sluiten De eerste norm waaraan het onderdeel betrouwbaarheid sluiting aan moet voldoen is: Waarbij: P ns n j < 0,1 norm Met: n j = N (hbu>okp) P sluis,open n j = Frequentie van overschrijding open keerpeil, vragen per jaar. N (hbu>okp) = Kans dat buitenwaterstand de open keerpeil overschrijdt. P sluis,open = Kans dat kunstwerk open is. De gestelde norm is 1:3000 per jaar en de kans op falen van het sluiten is bekend geworden in Bijlage II.2 en bedraagt: P ns = 9, De Controle geeft dan: Uitwerking: 9, (23 ( )) < 0,1 ( ) 2, < 3, (Voldoet!) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 73

74 Dan volgt er nog één controle op de faalkanseis van het kunstwerk: P ns n j P f,herstel P eis,dsn,bs Dus: 9, , = 2, < 2, (voldoet!) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 74

75 Bijlage III Betrouwbaarheid sluiten uitlaatduiker Zoals beschreven in hoofdstuk is het uitgangspunt van dit onderzoek dat de uitlaatduiker gelokaliseerd is in het noordelijk pand op circa kilometer 36,10. III.1 Overschrijdingsfrequentie Voor de uitlaatduiker geldt dezelfde overschrijdingsfrequentie als voor de inlaatduiker. Dit komt omdat voor de bepaling waterstanden zijn gebruikt bij de Eemshaven, hierdoor is dit niet specifiek voor de locatie van de inlaat- en uitlaatduiker. overschrijdingsfrequentie 7 6 y = ln(x) /1 1 1/ /10 1 1/ / /10000 Figuur 28: Overschrijdingsfrequentie open keerpeil Hiervoor geldt dus ook een overschrijdingswaarde voor van: n j = 23 [overschrijdingen per jaar] III.2 Faalkanseis De uitlaatduiker bevindt zich in hetzelfde dijktraject als de inlaatduiker en hiervoor geldt dus een zelfde signaleringswaarde en overstromingskans. Hierdoor geldt de faalkanseis van 1: jaar ook voor de uitlaatduiker. III.3 Kans op falen van de sluiting De uitlaatduiker fungeert middels twee terugslagkleppen waarvoor volgens de Ministerie van I&M (2017) een kans op niet sluiten geldt van P ns = De totale kans op niet sluiten is dus: P ns = ( ) ( ) = III.4 Kans op herstel Net als bij de inlaatduiker geldt voor de uitlaatduiker ook een sluitpeil van 1,75 [m] bij een open keerpeil van 2,0 [m]. Dit zorgt voor extra tijd om eventuele belemmeringen weg te nemen. Deze kans op herstel is dus P f,herstel = 0,1. III.5 Berekening betrouwbaarheid sluiten De eerste norm waaraan het onderdeel betrouwbaarheid sluiting aan moet voldoen is: Waarbij: P ns n j < 0,1 norm Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 75

76 n j = N (hbu>okp) P sluis,open Met: n j = Frequentie van overschrijding open keerpeil, vragen per jaar; N (hbu>okp) = Kans dat buitenwaterstand de open keerpeil overschrijdt; P sluis,open = Kans dat kunstwerk open is. De gestelde norm is 1:3000 per jaar en de kans op falen van het sluiten is bekend geworden in Bijlage III.2 en bedraagt: P ns = 1, De Controle geeft dan: Uitwerking: 1, (23 ( )) < 0,1 ( ) 2, < 3, (Voldoet!) Dan volgt er nog één controle op de faalkanseis van het kunstwerk: Dus: 1, ,1 P ns n j P f,herstel P eis,dsn,bs = 2, < 2, (voldoet!) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 76

77 Bijlage IV Variant 1: Noordelijk pand IV.1 Kilometer 36,00 Figuur 29: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 30: Locatie dwarsdoorsnede op km 36,00 In Figuur 30 is te zien dat het dwarsprofiel tussen twee hydra-uitvoerpunten ligt en hiervan wordt de maatgevende toegepast, namelijk hydra-uitvoerpunt 473. Tabel 23: Parameters hydra-uitvoerpunt 473 (Deltares, 2016) Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,65 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 2,33 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 5,01 Seconden Golfrichting (β) 48 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 5,01 Seconden Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 77

78 Na intekening van de oude zeedijk (Figuur 20) is te zien dat de kruin van de oude zeedijk ligt op 6,00 [m + NAP]. De huidige kruinhoogte zal naar verwachting door bodemdaling liggen op 5,80 [m + NAP]. De maatgevende waterstand van hydra-uitvoerpunt 473 is 6,65 [m + NAP]. Dit wil zeggen dat er sprake is van overloop in plaats van golfoverslag. Het water stroomt met een hoogte van 6,65 5,80 = 0,85 m over de kruin van de oude zeedijk Restprofiel (klei) Noorse steen Basalt Maatgevende waterstand Figuur 31: Variant 1 op kilometer 36,00 met het restprofiel van de oude zeedijk IV.1.1 Uitwerking berekening restprofiel als golfbreker De overgedragen golfhoogte wordt middels onderstaande formules berekend (Memos, 2007): H t = K t H i H t = golfhoogte achter restprofiel/golfbreker; K t = Transmissie coëfficient; H i = 2,33 m (Maatgevende inkomende golfhoogte). Waarbij de transmissie-coëfficiënt berekend kan worden middels onderstaande formule (Rijksinstituut voor kust en zee, 2004): K t = 1 ( h k + β) 2 (1 sin (π H i )) 2 α Waarbij geldt dat: α β h k H i α β Hierbij gelden voor de parameters α en β de volgende waarden: Tabel 24: Parameters berekening transmissie-coëfficiënt (Rijksinstituut voor kust en zee, 2004) Type havendam α β Caisson 2,2 0,40 Verticale wand 1,8 0,10 (Golfbrekerachtige) dam (helling 1:1,5) 2,6 0,15 Gladde dichte dam met flauw talud (1:3 1:5) 2,4 0,4 Idem, maar met stortstenen kraagstuk 1,6 0,5 Heel breed caisson (B>>L o,p ) 1,8 0,6 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 78

79 Met: H k = 0,85 m (vrijboord); α = 2,4 (restprofiel bestaande uit klei met een talud van 1: 3,75); β = 0,4 (restprofiel bestaande uit klei met een talud van 1: 3,75). Transmissie-coëfficiënt: K t = 1 ( 0,85 2 (1 sin (π 2,33 + 0,4) )) = 0, ,4 Controle: 2,4 0,4 0,85 2,4 0,4 2,8 0,365 2,0 Voldoet! 2,33 De golfhoogte achter de dubbele dijk is dan als volgt: H t = K t H i = 0,500 2,33 = 1,16 m Vervolgens dient de golfperiode bepaald te worden, dat geschiedt middels Figuur 32: Figuur 32: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Eerst dient de ratio tussen het vrijboord en de golflengte bepaald worden, waarbij de golflengte is: L 0 = g 2π T 0 2 Met: L 0 = golflengte voor de golfbreker; g = valversnelling; T 0 = Golfperiode voor de golfbreker. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 79

80 De ratio tussen het vrijboord en de golflengte is dan: L 0 = 9,81 2π 5,012 = 39,2 [m] R c L 0 = 0,85 39,2 = 0,02 Volgens Figuur 32 hoort bij de ratio van vrijboord en golflengte een coëfficiënt van 0,74 op de golfperiode. Daarbij wordt de golfperiode achter het restprofiel: 5,01 0,74 = 3,71 [sec] Volgens Van der Meer (2000) voldoet deze reductie op de golfperiode wanneer de transmissiecoefficiënt ( K t ) groter is dan 0,15, wat in dat geval zo is. De gewijzigde hydraulische randvoorwaarden zijn dus als volgt: H t = 1,16 [m] T m = 3,71 [s] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 80

81 IV.1.2 Resultaat berekening achterliggende kering doorsnede kilometer 36,00 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 81

82 IV.2 Kilometer 35,60 Figuur 33: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 34: Locatie dwarsdoorsnede op kilometer 35,60 In Figuur 34 is te zien dat het dwarsprofiel tussen twee hydra-uitvoerpunten ligt en hiervan wordt de maatgevende toegepast, namelijk hydra-uitvoerpunt 474. Tabel 25: Parameters hydra-uitvoerpunt 474 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,69 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 2,29 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,89 Seconden Golfrichting (β) 49 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,89 Seconden Na intekening van de oude zeedijk (Figuur 35) is te zien dat de kruin van de oude zeedijk ligt op 6,02 [m + NAP]. De huidige kruinhoogte zal naar verwachting door bodemdaling liggen op 5,82 [m + NAP] De maatgevende waterstand Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 82

83 van hydra-uitvoerpunt 474 is 6,69 [m + NAP]. Dit wil zeggen dat er sprake is van overloop in plaats van golfoverslag. Het water stroomt met een hoogte van 6,69 5,82 = 0,87 m over de kruin van de oude zeedijk Noorse steen Basalt Klei Waterstand Figuur 35: Variant 1 op kilometer 35,60 met restprofiel van de oude zeedijk IV.2.1 Uitwerking berekening restprofiel als golfbreker Wat betreft de transmissie-coëfficiënt wordt dezelfde waarde gehanteerd als bij variant 1 op kilometer 36,00. Dit is mogelijk omdat de verschillen in parameters de uitkomst nauwelijks beïnvloeden. Met een transmissie-coëfficiënt van K t = 0,500, hoort een golfhoogte achter de dubbele dijk van: H t = H i K t = 2,29 0,500 = 1,15 m Vervolgens dient de golfperiode bepaald te worden, dat geschiedt middels Figuur 36: Figuur 36: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 83

84 Eerst dient de ratio tussen het vrijboord en de golflengte bepaald worden, waarbij de golflengte is: L 0 = g 2π T 0 2 Met: L 0 = golflengte voor de golfbreker; g = valversnelling; T 0 = Golfperiode voor de golfbreker. De ratio tussen het vrijboord en de golflengte is dan: L 0 = 9,81 2π 4,892 = 37,3 [m] R c L 0 = 0,87 37,3 = 0,02 Volgens Figuur 32 hoort bij de ratio van vrijboord en golflengte een coëfficiënt van 0,74 op de golfperiode. Daarbij wordt de golfperiode achter het restprofiel: 4,89 0,74 = 3,62 [sec] Volgens Van der Meer (2000) voldoet deze reductie op de golfperiode wanneer de transmissiecoefficiënt ( K t ) groter is dan 0,15, wat in dat geval zo is. De gewijzigde hydraulische randvoorwaarden zijn dus als volgt: H t = 1,15 m T m = 3,62 sec Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 84

85 IV.2.2 Resultaat berekening achterliggende kering doorsnede kilometer 35,60 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 85

86 IV.3 Kilometer Figuur 37: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 38: Locatie dwarsdoorsnede kilometer 35,15 In Figuur 38 is te zien dat het dwarsprofiel tussen twee hydra-uitvoerpunten ligt en hiervan wordt de maatgevende toegepast, namelijk hydra-uitvoerpunt 476. Tabel 26: Parameters hydra-uitvoerpunt 476 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,95 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,24 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,01 Seconden Golfrichting (β) 13 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,01 Seconden Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 86

87 Na intekening van de oude zeedijk (Figuur 39) is te zien dat de kruin van de oude zeedijk ligt op 5,64 [m + NAP]. De huidige kruinhoogte zal naar verwachting door bodemdaling liggen op 5,44 [m + NAP] De maatgevende waterstand van hydra-uitvoerpunt 476 is 6,95 [m + NAP]. Dit wil zeggen dat er sprake is van overloop in plaats van golfoverslag. Het water stroomt met een hoogte van 6,95 5,44 = 1,51 [m] over de kruin van de oude zeedijk Restprofiel (klei) Noorse steen Maatgevende waterstand Koperslakblokken Figuur 39: Variant 1 met het restprofiel van de oude zeedijk IV.3.1 Uitwerking berekening restprofiel als golfbreker Wat betreft de transmissie-coëfficiënt wordt dezelfde waarde gehanteerd als bij variant 1 op kilometer 36,00 en 35,60. Dit is mogelijk omdat de verschillen in parameters de uitkomst nauwelijks beïnvloeden. Met een transmissiecoëfficiënt van K t = 0,500, hoort een golfhoogte achter de dubbele dijk van: H t = H i K t = 1,24 0,500 = 0,62 m Vervolgens dient de golfperiode bepaald te worden, dat geschiedt middels Figuur 40: Figuur 40: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 87

88 Eerst dient de ratio tussen het vrijboord en de golflengte bepaald worden, waarbij de golflengte is: L 0 = g 2π T 0 2 Met: L 0 = golflengte voor de golfbreker; g = valversnelling; T 0 = Golfperiode voor de golfbreker. De ratio tussen het vrijboord en de golflengte is dan: L 0 = 9,81 2π 4,012 = 25,1 [m] R c L 0 = 1,51 25,1 = 0,060 Volgens Figuur 32 hoort bij de ratio van vrijboord en golflengte een coëfficiënt van 0,87 op de golfperiode. Daarbij wordt de golfperiode achter het restprofiel: 4,01 0,87 = 3,49 [sec] Volgens Van der Meer (2000) voldoet deze reductie op de golfperiode wanneer de transmissiecoefficiënt ( K t ) groter is dan 0,15, wat in dat geval zo is. De gewijzigde hydraulische randvoorwaarden zijn dus als volgt: H t = 0,62 m T m = 3,49 sec Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 88

89 IV.3.2 Resultaat berekening achterliggende kering doorsnede op kilometer 35,15 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 89

90 Bijlage V Variant 2: Noordelijk pand V.1 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 36,00 Bij variant twee wordt de breuksteen (vol & zat gepenetreerd met beton) doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Noorse steen Basalt Breuksteen (vol&zat) Figuur 41: Geometrie voorliggende kering op kilometer 36,00 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 473 kan het totale overslagdebiet op kilometer 36,00 worden berekend. Tabel 27: Parameters hydra-uitvoerpunt 473 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,65 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 2,33 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 5,01 Seconden Golfrichting (β) 48 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 5,01 Seconden In Figuur 42 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 42: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 90

91 V.1.1 Resultaat berekening op kilometer 36,00 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 91

92 V.2 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 35,60 Bij variant twee wordt de breuksteen (vol & zat gepenetreerd met beton) doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Noorse steen Basalt Breuksteen (vol&zat) Waterstand Figuur 43: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35,60 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 474 kan het totale overslagdebiet op kilometer 35,60 worden berekend. Tabel 28: Parameters hydra-uitvoerpunt 474 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,69 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 2,29 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,89 Seconden Golfrichting (β) 49 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,89 Seconden In Figuur 44 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 44: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 92

93 V.2.1 Resultaat berekening op kilometer 35,60 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 93

94 V.3 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 35,15 Bij variant twee wordt de breuksteen (vol & zat gepenetreerd met beton) doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Breuksteen (vol&zat) Noorse steen Koperslakblokken Figuur 45: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35,15 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 476 kan het totale overslagdebiet op kilometer 35,15 worden berekend. Tabel 29: Parameters hydra-uitvoerpunt 476 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,95 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,24 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,01 Seconden Golfrichting (β) 13 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,01 Seconden In Figuur 46 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 46: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 94

95 V.3.1 Resultaat berekening op kilometer 35,15 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 95

96 V.4 Bepaling hydraulische waarden in het tussenliggend gebied V.4.1 Waterstand In de voorgaande paragrafen is het overslagdebiet bepaald per dwarsdoorsnede. Om tot een realistisch overslagdebiet te komen, wordt er gerekend met het gemiddelde overslagdebiet. Tabel 30: Samenvatting resultaten voorgaande berekeningen Kilometer Hydra-uitvoerpunt Huidige kruinhoogte [m] 36, ,50 4,51 35, ,04 10,83 35, ,72 9,62 Overslagdebiet [l/m/s] De drie doorsnedes in Tabel 30 hebben een gemiddelde overslagdebiet van: 4, ,83 + 9,62 3 = 8,32 [l/m/s] Het startpunt van het noordelijk pand is op kilometer 36,40 en deze sluit aan bij kilometer 34,95 op het zuidelijk pand. De lengte van de voorliggende kering bij het noordelijk pand is dan: 36,40 34,95 = 1,45 km. Er wordt gerekend met een piek stormduur van vier uur, dit zijn seconden. De totale hoeveelheid water dat tijdens deze stormduur over de voorliggende kering gaat is dan: Tabel 31: Parameters berekening waterstand 8, = m 3 Parameter Eenheid Waarde Eenheid Gemiddelde overslagdebiet Q overslag 8,32 l/m/s Piekduur storm T storm sec Lengte voorliggende kering L vk 1450 m Instromend volume water Q volume m 3 Oppervlakte O pp m 2 De waterstand wordt berekend middels: h waterstand = Q volume O pp = = 0,62[m] De totale waterstand in het tussenliggend gebied is de aanwezige waterstand inclusief de groei van de waterstand door golfoverslag. De aanwezige waterstand wordt bepaald door het sluitpeil bij een waterstand van 1,75 [m + NAP], waarbij het maaiveld in het tussenliggend gebied zit op 0,75 [m NAP]. De totale waterstand in het tussenliggend gebied is dan: 1,75 + 0,75 + 0,62 = 3,12 [m] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 96

97 V.4.2 Opwaaiing Vervolgens is er bij een storm nog sprake van opwaaiing en golfgroei. De golfgroei heeft invloed op de golfhoogte en de golfperiode, waarbij opwaaiing invloed heeft op de maatgevende waterstand. Allereerst zal de invloed van opwaaiing worden bepaald middels onderstaande formule (TAW, 1989): Waarbij geldt dat: h = α u2 F cos(φ) d h = opwaaiing [m] α = coëfficiënt (0, ) [s 2 /m] u = windsnelheid [m/s] F = strijklengte [m] φ = hoek tussen de windrichting en de lengteas van het betrokken gebied [ ] d = waterdiepte [m] In de loop der jaren zijn er veel windsnelheden vastgelegd op het meetstation te Huibertgat. Deltares (2013) heeft deze reeks van waarden onderzocht op extreme waarden voor de Eemshaven. Er is een maatgevende uurgemiddelde van de windsnelheid gegeven bij een voorkomen van eens per jaar; namelijk: 21,6 [m/s]. Deze maatgevende windsnelheid zal ook gebruikt worden bij de berekeningen voor de dubbele dijk, omdat op deze locatie de nieuwe windkarakteristieken nog bepaald moeten worden. De strijklengte is de maximale afstand in het tussenliggend gebied in dezelfde richting als de wind waait. Dus met een noordwestelijke richting zal de strijklengte 1125 [m] bedragen, zie Figuur 47. De achterliggende kering moet bescherming bieden voor het achterland tegen het water in het tussenliggend gebied. Daarom dient er gerekend te worden met een noordwestelijke windrichting. Een zuidwesterstorm zou het water alleen maar richting de Waddenzee stuwen. Met een noordwestelijke windrichting is het mogelijk om in Figuur 47 te bepalen wat het verschil in hoek is tussen de windrichting en de lengteas van de dijk. Voor de noordwestelijke richting wordt een hoek gehanteerd van 340 [ ] ten opzichte van de as van de dijk met 330 [ ], dus de parameter van de hoek is 10 [ ]. Figuur 47: Hoek windrichting en lengteas (links) en strijklengte (rechts) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 97

98 Vervolgens kan de opwaaiing in het gebied berekend worden: h = 0, , cos(10) 3,12 = 0,06 [m] V.4.3 Golfgroei De golfgroei (golfhoogte en golfperiode) in ondiep water wordt berekend middels onderstaande formules: (TAW, 1989) Golfhoogte: Golfperiode: Waarbij geldt dat: H 1/3 = 0,283 ( u2 ) tanh {0,530(gd g u 2 )0,75 } T 1/3 = 2,4π ( u ) tanh {0,833 (gd g u 2 )0,375 } H 1/3 = gemiddelde hoogte van het hoogste derde deel van alle waargenomen golven [m] T 1/3 = gemiddelde periode van het hoogste derde deel van alle waargenomen golven [s] u = windsnelheid op 10 [m] hoogte [m/s] g = valversnelling [m/s 2 ] d = waterdiepte [m] De golfgroei in het tussenliggend gebied voor de hoogte is dan: En voor de periode: Waarbij geldt dat: H 1/3 = 0,283 ( 21,62 3,12 ) tanh {0,530(9,81 9,81 21,6 2 ) 0,75 } = 0,92 [m] T 1/3 = 2,4π ( 21,6 3,12 ) tanh {0,833(9,81 9,81 21,6 2 ) 0,375 } = 4,83 [s] T m = T 1/3 1,15 = 4,83 1,15 = 4,20 Dus met de parameters in Tabel 32 kan de kruinhoogte van de achterliggende dijk worden bepaald: Tabel 32: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Parameter Waarde Eenheid Significante golfhoogte (H m0 ) 0,92 Meter Spectrale golfperiode (T m 1.0 ) 4,20 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Waterstand (SWL) 3,12 + 0,06 = 3,18 Meter Maatgevende stormduur (T sm ) Seconden Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 98

99 Gemiddelde golfperiode (T m ) 4,20 Seconden Uiteindelijk kan met deze parameters de hoogte van de achterliggende kering worden bepaald met behulp van PCoverslag, waarbij een maximaal toelaatbaar overslagdebiet van 5 [l/m/s] geldt. Voor variant 2 dient in het noordelijk pand de kruinhoogte van de achterliggende dijk minimaal 4,21 [m] hoog te zijn. V.5 Resultaat berekening variant 2: Noordelijk pand Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 99

100 Bijlage VI Variant 3: Noordelijk pand VI.1 Bepaling hydraulische waarden in tussenliggend gebied VI.1.1 Waterstand Bij de voorliggende dijk is er sprake van een toelaatbaar overslagdebiet van 5 [l/m/s] en om hieraan te voldoen heeft Witteveen+Bos (2017) de kruinhoogte gezet op 8,36 [m + NAP]. Uit dezelfde berekening komen de verschillende overslagdebieten per kilometrering naar voren, zie Tabel 33. Tabel 33: Gemiddelde overslagdebiet Kilometer Hydra-uitvoerpunt Huidige kruinhoogte [m] 36, ,36 2,89 35, ,36 4,98 35, ,36 0,85 Overslagdebiet [l/m/s] De drie doorsnedes in Tabel 33 hebben een gemiddelde overslagdebiet van: 2,89 + 4,98 + 0,85 3 = 2,91 [l/m/s] Het startpunt van het noordelijk pand is op kilometer 36,40 en deze sluit aan bij kilometer 34,95 op het zuidelijk pand. De lengte van de voorliggende kering bij het noordelijk pand is dan: 36,40 34,95 = 1,45 km. Er wordt gerekend met een piek stormduur van vier uur, dit zijn seconden. De totale hoeveelheid water dat tijdens deze stormduur over de voorliggende kering gaat is dan: Tabel 34: Parameters berekening waterstand 2, = m 3 Parameter Eenheid Waarde Eenheid Gemiddelde overslagdebiet Q overslag 2,91 l/m/s Piekduur storm T storm sec Lengte voorliggende kering L vk 1450 m Instromend volume water Q volume m 3 Oppervlakte O pp m 2 De waterstand wordt berekend middels: h waterstand = Q volume = = 0,22 [m] O pp De totale waterstand in het tussenliggend gebied is de aanwezige waterstand inclusief de groei van de waterstand door golfoverslag. De aanwezige waterstand wordt bepaald door het sluitpeil bij een waterstand van 1,75 [m + NAP], waarbij het maaiveld in het tussenliggend gebied zit op 0,75 [m NAP]. De totale waterstand in het tussenliggend gebied is dan: 1,75 + 0,75 + 0,22 = 2,72 [m] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 100

101 VI.1.2 Opwaaiing Vervolgens is er bij een storm nog sprake van opwaaiing en golfgroei. De golfgroei heeft invloed op de golfhoogte en de golfperiode, waarbij opwaaiing invloed heeft op de maatgevende waterstand. Allereerst zal de invloed van opwaaiing worden bepaald middels onderstaande formule (TAW, 1989): Waarbij geldt dat: h = α u2 F cos(φ) d h = opwaaiing [m] α = coëfficiënt (0, ) [s 2 /m] u = windsnelheid [m/s] F = strijklengte [m] φ = hoek tussen de windrichting en de lengteas van het betrokken gebied [ ] d = waterdiepte [m] De parameters windsnelheid, windrichting en strijklengte zijn inmiddels bepaald in bijlage V.4.2. Vervolgens kan de opwaaiing in het gebied berekend worden: h = 0, , cos(10) 2,72 = 0,07 [m] VI.1.3 Golfgroei De golfgroei (golfhoogte en golfperiode) in ondiep water wordt berekend middels onderstaande formules: (TAW, 1989) Golfhoogte: Golfperiode: Waarbij geldt dat: H 1/3 = 0,283 ( u2 ) tanh {0,530(gd g u 2 )0,75 } T 1/3 = 2,4π ( u ) tanh {0,833 (gd g u 2 )0,375 } H 1/3 = gemiddelde hoogte van het hoogste derde deel van alle waargenomen golven [m] T 1/3 = gemiddelde periode van het hoogste derde deel van alle waargenomen golven [s] u = windsnelheid op 10 [m] hoogte [m/s] g = valversnelling [m/s 2 ] d = waterdiepte [m] De golfgroei in het tussenliggend gebied voor de hoogte is dan: En voor de periode: H 1/3 = 0,283 ( 21,62 2,72 ) tanh {0,530(9,81 9,81 21,6 2 ) 0,75 } = 0,83 [m] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 101

102 Waarbij geldt dat: T 1/3 = 2,4π ( 21,6 2,72 ) tanh {0,833(9,81 9,81 21,6 2 ) 0,375 } = 4,61[s] T m = T 1/3 1,15 = 4,61 = 4,00 [s] 1,15 Dus met de parameters in Tabel 32 kan de kruinhoogte van de achterliggende dijk worden bepaald: Tabel 35: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Parameter Waarde Eenheid Significante golfhoogte (H m0 ) 0,83 Meter Spectrale golfperiode (T m 1.0 ) 4,00 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Waterstand (SWL) 2,72 + 0,07 = 2,79 Meter Maatgevende stormduur (T sm ) Seconden Gemiddelde golfperiode (T m ) 4,00 Seconden Uiteindelijk kan met deze parameters de hoogte van de achterliggende kering worden bepaald met behulp van PCoverslag, waarbij een maximaal toelaatbaar overslagdebiet van 5 [l/m/s] geldt. Voor variant 2 dient in het noordelijk pand de kruinhoogte van de achterliggende dijk minimaal 4,28 [m] hoog te zijn. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 102

103 VI.1.4 Resultaat berekening variant 3: Noordelijk pand Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 103

104 Bijlage VII Variant 4: Noordelijk pand VII.1 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 36,00 Bij variant vier worden doorgroeistenen aangebracht en doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Doorgroeistenen Noorse steen Koperslakblokken Figuur 48: Geometrie voorliggende kering op kilometer 36,00 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 473 kan het totale overslagdebiet op kilometer 36,00 worden berekend. Tabel 36: Parameters hydra-uitvoerpunt 473 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,65 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 2,33 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 5,01 Seconden Golfrichting (β) 48 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 5,01 Seconden In Figuur 42 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 49: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 104

105 VII.1.1 Resultaat berekening voorliggende kering op kilometer 36,00 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 105

106 VII.2 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 35,60 Bij variant vier worden doorgroeistenen aangebracht en doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Noorse steen Basalt Doorgroeistenen Waterstand Figuur 50: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35,60 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 474 kan het totale overslagdebiet op kilometer 35,60 worden berekend. Tabel 37: Parameters hydra-uitvoerpunt 474 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,69 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 2,29 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,89 Seconden Golfrichting (β) 49 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,89 Seconden In Figuur 44 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 51: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 106

107 VII.2.1 Resultaat berekening voorliggende kering op kilometer 35,60 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 107

108 VII.3 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 35,15 Bij variant vier worden doorgroeistenen aangebracht en doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Doorgroeistenen Noorse steen Koperslakblokken Figuur 52: Geometrie voorliggende kering op kilometer 35,15 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 476 kan het totale overslagdebiet op kilometer 35,15 worden berekend. Tabel 38: Parameters hydra-uitvoerpunt 476 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,95 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,24 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,01 Seconden Golfrichting (β) 13 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,01 Seconden In Figuur 46 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 53: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 108

109 VII.3.1 Resultaat berekening voorliggende kering op kilometer 35,15 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 109

110 VII.4 Bepaling hydraulische waarden in het tussenliggend gebied VII.4.1 Waterstand In de voorgaande paragrafen is het overslagdebiet bepaald per dwarsdoorsnede. Om tot een realistisch overslagdebiet te komen, wordt er gerekend met het gemiddelde overslagdebiet. Tabel 39: Samenvatting resultaten voorgaande berekeningen Kilometer Hydra-uitvoerpunt Huidige kruinhoogte [m] 36, ,50 11,18 35, ,04 23,06 35, ,72 17,32 Overslagdebiet [l/m/s] De drie doorsnedes in Tabel 30 hebben een gemiddelde overslagdebiet van: 11, , ,32 3 = 17,19 [l/m/s] Het startpunt van het noordelijk pand is op kilometer 36,40 en deze sluit aan bij kilometer 34,95 op het zuidelijk pand. De lengte van de voorliggende kering bij het noordelijk pand is dan: 36,40 34,95 = 1,45 [km]. Er wordt gerekend met een piek stormduur van vier uur, dit zijn seconden. De totale hoeveelheid water dat tijdens deze stormduur over de voorliggende kering gaat is dan: Tabel 40: Parameters berekening waterstand 17, = m 3 Parameter Eenheid Waarde Eenheid Gemiddelde overslagdebiet Q overslag 17,19 l/m/s Piekduur storm T storm sec Lengte voorliggende kering L vk 1450 M Instromend volume water Q volume m 3 Oppervlakte O pp m 2 De waterstand wordt berekend middels: h waterstand = Q volume = = 1,28 [m] O pp De totale waterstand in het tussenliggend gebied is de aanwezige waterstand inclusief de groei van de waterstand door golfoverslag. De aanwezige waterstand wordt bepaald door het sluitpeil bij een waterstand van 1,75 [m + NAP], waarbij het maaiveld in het tussenliggend gebied zit op 0,75 [m NAP]. De totale waterstand in het tussenliggend gebied is dan: 1,75 + 0,75 + 1,28 = 3,78 [m]. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 110

111 VII.4.2 Opwaaiing Vervolgens is er bij een storm nog sprake van opwaaiing en golfgroei. De golfgroei heeft invloed op de golfhoogte en de golfperiode, waarbij opwaaiing invloed heeft op de maatgevende waterstand. Allereerst zal de invloed van opwaaiing worden bepaald middels onderstaande formule (TAW, 1989): Waarbij geldt dat: h = α u2 F cos(φ) d h = opwaaiing [m] α = coëfficiënt (0, ) [s 2 /m] u = windsnelheid [m/s] F = strijklengte [m] φ = hoek tussen de windrichting en de lengteas van het betrokken gebied [ ] d = waterdiepte [m] De parameters windsnelheid, windrichting en strijklengte zijn inmiddels bepaald in bijlage V.4.2. Vervolgens kan de opwaaiing in het gebied berekend worden: h = 0, , cos(10) 3,78 = 0,05 [m] VII.4.3 Golfgroei De golfgroei (golfhoogte en golfperiode) in ondiep water wordt berekend middels onderstaande formules: (TAW, 1989) Golfhoogte: Golfperiode: Waarbij geldt dat: H 1/3 = 0,283 ( u2 ) tanh {0,530(gd g u 2 )0,75 } T 1/3 = 2,4π ( u ) tanh {0,833 (gd g u 2 )0,375 } H 1/3 = gemiddelde hoogte van het hoogste derde deel van alle waargenomen golven [m] T 1/3 = gemiddelde periode van het hoogste derde deel van alle waargenomen golven [s] u = windsnelheid op 10 [m] hoogte [m/s] g = valversnelling [m/s 2 ] d = waterdiepte [m] De golfgroei in het tussenliggend gebied voor de hoogte is dan: En voor de periode: H 1/3 = 0,283 ( 21,62 3,78 ) tanh {0,530(9,81 9,81 21,6 2 ) 0,75 } = 1,07 [m] T 1/3 = 2,4π ( 21,6 3,78 ) tanh {0,833(9,81 9,81 21,6 2 ) 0,375 } = 5,17 [s] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 111

112 Waarbij geldt dat: T m = T 1/3 1,15 = 5,17 = 4,50 [s] 1,15 Dus met de parameters in Tabel 32 kan de kruinhoogte van de achterliggende dijk worden bepaald: Tabel 41: Hydraulische parameters van tussenliggend gebied Parameter Waarde Eenheid Significante golfhoogte (H m0 ) 1,07 Meter Spectrale golfperiode (T m 1.0 ) 4,50 Seconden Golfrichting (β) 10 Graden Waterstand (SWL) 3,78 + 0,05 = 3,83 Meter Maatgevende stormduur (T sm ) Seconden Gemiddelde golfperiode (T m ) 4,50 Seconden Uiteindelijk kan met deze parameters de hoogte van de achterliggende kering worden bepaald met behulp van PCoverslag, waarbij een maximaal toelaatbaar overslagdebiet van 5 [l/m/s] geldt. Voor variant 4 dient in het noordelijk pand de kruinhoogte van de achterliggende dijk minimaal 5,23 [m] hoog te zijn. Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 112

113 VII.5 Resultaat berekening variant 4: Noordelijk pand Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 113

114 Bijlage VIII Variant 1: Zuidelijk pand VIII.1 Kilometer 34,75 Figuur 54: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 55: Locatie dwarsdoorsnede op km 34,75 In Figuur 30 is te zien dat het dwarsprofiel tussen twee hydra-uitvoerpunten ligt en hiervan wordt de maatgevende toegepast, namelijk hydra-uitvoerpunt 476. Tabel 42: Parameters hydra-uitvoerpunt 476 (Deltares, 2016) Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,95 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,24 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,01 Seconden Golfrichting (β) 13 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,01 Seconden Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 114

115 Na intekening van de oude zeedijk (Figuur 56) is te zien dat de kruin van de oude zeedijk ligt op 5,94 [m + NAP]. De huidige kruinhoogte zal naar verwachting door bodemdaling liggen op 5,74 [m + NAP]. De maatgevende waterstand van hydra-uitvoerpunt 476 is 6,95 [m + NAP]. Dit wil zeggen dat er sprake is van overloop in plaats van golfoverslag. Het water stroomt met een hoogte van 6,95 5,74 = 1,21 m over de kruin van de oude zeedijk Noorse steen Basalt Restprofiel Waterstand Figuur 56: Variant 1 op kilometer 34,75 met het restprofiel van de oude zeedijk VIII.1.1 Uitwerking berekening restprofiel als golfbreker De overgedragen golfhoogte wordt middels onderstaande formules berekend (Memos, 2007): H t = K t H i H t = golfhoogte achter restprofiel/golfbreker; K t = Transmissie coëfficient; H i = 1,24 m (Maatgevende inkomende golfhoogte). Waarbij de transmissie-coëfficiënt berekend kan worden middels onderstaande formule (Rijksinstituut voor kust en zee, 2004): K t = 1 ( h k + β) 2 (1 sin (π H i )) 2 α Waarbij geldt dat: α β h k H i α β Hierbij gelden voor de parameters α en β de volgende waarden: Tabel 43: Parameters berekening transmissie-coëfficiënt (Rijksinstituut voor kust en zee, 2004) Type havendam α β Caisson 2,2 0,40 Verticale wand 1,8 0,10 (Golfbrekerachtige) dam (helling 1:1,5) 2,6 0,15 Gladde dichte dam met flauw talud (1:3 1:5) 2,4 0,4 Idem, maar met stortstenen kraagstuk 1,6 0,5 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 115

116 Heel breed caisson (B>>L o,p ) 1,8 0,6 Met: H k = 1,21 m (vrijboord); α = 2,4 (restprofiel bestaande uit klei met een talud van 1: 3,75); β = 0,4 (restprofiel bestaande uit klei met een talud van 1: 3,75). Transmissie-coëfficiënt: K t = 1 ( 1,21 2 (1 sin (π 1,24 + 0,4) )) = 0, ,4 Controle: 2,4 0,4 1,21 2,4 0,4 2,8 0,976 2,0 Voldoet! 1,24 De golfhoogte achter de dubbele dijk is dan als volgt: H t = K t H i = 0,500 1,24 = 0,62 m Vervolgens dient de golfperiode bepaald te worden, dat geschiedt middels Figuur 32: Figuur 57: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 116

117 Eerst dient de ratio tussen het vrijboord en de golflengte bepaald worden, waarbij de golflengte is: L 0 = g 2π T 0 2 Met: L 0 = golflengte voor de golfbreker; g = valversnelling; T 0 = Golfperiode voor de golfbreker. De ratio tussen het vrijboord en de golflengte is dan: L 0 = 9,81 2π 4,012 = 25,1 [m] R c L 0 = 1,21 25,1 = 0,05 Volgens Figuur 32 hoort bij de ratio van vrijboord en golflengte een coëfficiënt van 0,83 op de golfperiode. Daarbij wordt de golfperiode achter het restprofiel: 4,01 0,83 = 3,33 [sec] Volgens Van der Meer (2000) voldoet deze reductie op de golfperiode wanneer de transmissiecoefficiënt ( K t ) groter is dan 0,15, wat in dat geval zo is. De gewijzigde hydraulische randvoorwaarden zijn dus als volgt: H t = 0,62 [m] T m = 3,33 [s] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 117

118 VIII.1.2 Resultaat berekening achterliggende kering doorsnede kilometer 34,75 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 118

119 VIII.2 Kilometer 34,25 Figuur 58: Gegevens uit oude bestekstekening (1968) Figuur 59: Locatie dwarsdoorsnede op kilometer 34,25 In Figuur 34 is te zien dat het dwarsprofiel tussen twee hydra-uitvoerpunten ligt en hiervan wordt de maatgevende toegepast, namelijk hydra-uitvoerpunt 479. Tabel 44: Parameters hydra-uitvoerpunt 479 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,80 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,85 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,33 Seconden Golfrichting (β) 94 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,33 Seconden Na intekening van de oude zeedijk (Figuur 60) is te zien dat de kruin van de oude zeedijk ligt op 6,02 [m + NAP]. De huidige kruinhoogte zal naar verwachting door bodemdaling liggen op 5,82 [m + NAP] De maatgevende waterstand Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 119

120 van hydra-uitvoerpunt 479 is 6,80 [m + NAP]. Dit wil zeggen dat er sprake is van overloop in plaats van golfoverslag. Het water stroomt met een hoogte van 6,80 5,82 = 0,98 [m] over de kruin van de oude zeedijk Noorse steen Basalt Restprofiel Waterstand Figuur 60: Variant 1 op kilometer 34,25 met restprofiel van de oude zeedijk VIII.2.1 Uitwerking berekening restprofiel als golfbreker Wat betreft de transmissie-coëfficiënt wordt dezelfde waarde gehanteerd als bij variant 1 op kilometer 34,75. Dit is mogelijk omdat de verschillen in parameters de uitkomst nauwelijks beïnvloeden. Met een transmissie-coëfficiënt van K t = 0,500, hoort een golfhoogte achter de dubbele dijk van: H t = H i K t = 1,85 0,500 = 0,93 [m] Vervolgens dient de golfperiode bepaald te worden, dat geschiedt middels Figuur 36: Figuur 61: Bepaling golfperiode (Carevic, 2012) Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 120

121 Eerst dient de ratio tussen het vrijboord en de golflengte bepaald worden, waarbij de golflengte is: L 0 = g 2π T 0 2 Met: L 0 = golflengte voor de golfbreker; g = valversnelling; T 0 = Golfperiode voor de golfbreker. De ratio tussen het vrijboord en de golflengte is dan: L 0 = 9,81 2π 4,332 = 29,3 [m] R c L 0 = 0,98 29,3 = 0,03 Volgens Figuur 32 hoort bij de ratio van vrijboord en golflengte een coëfficiënt van 0,75 op de golfperiode. Daarbij wordt de golfperiode achter het restprofiel: 4,33 0,75 = 3,25 [sec] Volgens Van der Meer (2000) voldoet deze reductie op de golfperiode wanneer de transmissiecoefficiënt ( K t ) groter is dan 0,15, wat in dat geval zo is. De gewijzigde hydraulische randvoorwaarden zijn dus als volgt: H t = 0,93 m T m = 3,25 sec Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 121

122 VIII.2.2 Resultaat berekening achterliggende kering doorsnede kilometer 34,25 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 122

123 Bijlage IX Variant 2: Zuidelijk pand IX.1 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 34,75 Bij variant twee wordt de breuksteen (vol & zat gepenetreerd met beton) doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Noorse steen Basalt Breuksteen (vol&zat) Waterstand Figuur 62: Geometrie voorliggende kering op kilometer 34,75 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 476 kan het totale overslagdebiet op kilometer 34,75 worden berekend. Tabel 45: Parameters hydra-uitvoerpunt 476 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,95 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,24 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,01 Seconden Golfrichting (β) 13 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,01 Seconden In Figuur 42 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 63: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 123

124 IX.1.1 Resultaat berekening op kilometer 34,75 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 124

125 IX.2 Overslagdebiet voorliggende kering op kilometer 34,25 Bij variant twee wordt de breuksteen (vol & zat gepenetreerd met beton) doorgezet tot aan de kruin, de huidige bekleding en de geometrie blijven behouden; zie Figuur Noorse steen Basalt Breuksteen (vol&zat) Waterstand Figuur 64: Geometrie voorliggende kering op kilometer 34,25 Tesamen met deze geometrie en de parameters van hydra-uitvoerpunt 479 kan het totale overslagdebiet op kilometer 34,25 worden berekend. Tabel 46: Parameters hydra-uitvoerpunt 479 Parameter Waarde Eenheid Waterstand (SWL) 6,80 Meter + NAP Significante golfhoogte (H m0) 1,85 Meter Spectrale golfperiode (T m1-0) 4,33 Seconden Golfrichting (β) 94 Graden Maatgevende stormduur Seconden Gemiddelde golfperiode (T m) 4,33 Seconden In Figuur 44 is een visualisatie gegeven van de waterstand, huidige geometrie en de 2%-golfoploopniveau. Figuur 65: Visualisatie huidige geometrie, waterstand en 2%-golfoploopniveau Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 125

126 IX.2.1 Resultaat berekening op kilometer 34,25 Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 126

127 IX.3 Bepaling hydraulische waarden in het tussenliggend gebied IX.3.1 Waterstand In de voorgaande paragrafen is het overslagdebiet bepaald per dwarsdoorsnede. Om tot een realistisch overslagdebiet te komen, wordt er gerekend met het gemiddelde overslagdebiet. Tabel 47: Samenvatting resultaten voorgaande berekeningen Kilometer Hydra-uitvoerpunt Huidige kruinhoogte [m] 34, ,07 2,77 34, ,05 0,00 Overslagdebiet [l/m/s] De drie doorsnedes in Tabel 30 hebben een gemiddelde overslagdebiet van: 2,77 + 0,00 2 = 1,39 [l/m/s] Het startpunt van het zuidelijk pand is op kilometer en eindigt op kilometer De lengte van de voorliggende kering bij het zuidelijk pand is dan: = 1,05 [km]. Er wordt gerekend met een piek stormduur van vier uur, dit zijn seconden. De totale hoeveelheid water dat tijdens deze stormduur over de voorliggende kering gaat is dan: 1, = m 3 Tabel 48: Parameters berekening waterstand Parameter Eenheid Waarde Eenheid Gemiddelde overslagdebiet Q overslag 1,39 l/m/s Piekduur storm T storm sec Lengte voorliggende kering L vk 1050 M Instromend volume water Q volume m 3 Oppervlakte O pp m 2 De waterstand wordt berekend middels: h waterstand = Q volume = = 0,14 [m] O pp De totale waterstand in het tussenliggend gebied is de aanwezige waterstand inclusief de groei van de waterstand door golfoverslag. De aanwezige waterstand wordt bepaald door het sluitpeil bij een waterstand van 1,75 [m + NAP], waarbij het maaiveld in het tussenliggend gebied zit op 0,75 [m NAP]. De totale waterstand in het tussenliggend gebied is dan: 1,75 + 0,75 + 0,14 = 2,64 [m] Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 127

128 IX.3.2 Opwaaiing Vervolgens is er bij een storm nog sprake van opwaaiing en golfgroei. De golfgroei heeft invloed op de golfhoogte en de golfperiode, waarbij opwaaiing invloed heeft op de maatgevende waterstand. Allereerst zal de invloed van opwaaiing worden bepaald middels onderstaande formule (TAW, 1989): Waarbij geldt dat: h = α u2 F cos(φ) d h = opwaaiing [m] α = coëfficiënt (0, ) [s 2 /m] u = windsnelheid [m/s] F = strijklengte [m] φ = hoek tussen de windrichting en de lengteas van het betrokken gebied [ ] d = waterdiepte [m] De parameters windsnelheid en windrichting zijn inmiddels bepaald in bijlage V.4.2. Figuur 66: Hoek windrichting en lengteas (links) en strijklengte (rechts) Vervolgens kan de opwaaiing in het gebied berekend worden: h = 0, , cos(10) 2,64 = 0,04 [m] IX.3.3 Golfgroei De golfgroei (golfhoogte en golfperiode) in ondiep water wordt berekend middels onderstaande formules: (TAW, 1989) Golfhoogte: Golfperiode: H 1/3 = 0,283 ( u2 ) tanh {0,530(gd g u 2 )0,75 } T 1/3 = 2,4π ( u ) tanh {0,833 (gd g u 2 )0,375 } Waterveiligheid bij een dubbele dijk Pagina 128