DigiDijk. Nieuwe kijk op dijken

Transcriptie

1 DigiDijk Nieuwe kijk op dijken

2 Ogen op én in de dijk Ongeveer een vierde van Nederland ligt beneden de zeespiegel, terwijl ons land aan alle kanten wordt omringd door water. Over een afstand van ruim km beschermt Nederland zijn achterland via de zogenaamde primaire waterkeringen, dijken die bestand zijn tegen de golven van de grote rivieren, het Markermeer, het IJsselmeer en de zee. Daarnaast ligt er nog eens km aan secundaire waterkeringen voor het overige water. Hoe kunnen we de veiligheid van die waterkeringen zo goed mogelijk meten, bewaken en besturen? De lineaire deformatiesnelheid ter plaatse van de Hondsbossche zeewering gevisualiseerd op een hoogtemodel. Zowel lokale als globale vervormingen zijn waarneembaar in de radarresultaten. Bron: Hansje Brinker bv De uitdaging Door de stijging van de zeespiegel, de hogere rivierafvoer, frequentere en heviger regenval en ook bodemdaling in de veengebieden krijgen onze dijken het steeds zwaarder te verduren. De aanpassingen om ons watersysteem klaar te maken voor deze veranderde omstandigheden zijn in volle gang. Zo worden er waterbergingsgebieden gecreëerd, wordt er ruimte gegeven aan de rivieren en worden de waterkeringen en de zeeweringen op hoogte en op sterkte gebracht. Het is daarbij van groot belang om te kunnen beschikken over actuele gegevens die ons iets vertellen over de veiligheid van onze waterkeringen. Die noodzaak werd in Nederland nog duidelijker gevoeld toen in de droge zomer van 2003 plotseling de veendijk bij Wilnis het begaf. Hoe kon het dat we dáchten onze dijken op orde te hebben terwijl ze in werkelijkheid onverwacht konden bezwijken? Voor de toenmalige staats secretaris van Verkeer en Waterstaat was die vraag aanleiding om de mogelijkheden te laten onderzoeken voor inspectie technieken die aanvullend zijn op de bestaande visuele inspecties van de dijken. Daarvoor werd het programma Verbetering Inspecties Waterkeringen (viw) opgericht, waarin onder andere de twee grootste beheerders van water keringen zitting hebben: de waterschappen en Rijkswater staat. Permanent monitoren en meten van onze veiligheid is het doel. DigiDijk: permanente en objectieve dijkbewaking Traditioneel wordt dijkbewaking visueel uitgevoerd door een dijkleger: vrijwilligers of medewerkers van de waterschappen. In de afgelopen jaren heeft de sensor- en satelliettechnologie zich echter intensief ontwikkeld. Netwerken van sensoren en satelliettechnologie zijn wellicht een manier om de keringen permanent, objectief en - waar gewenst - real time te meten, bewaken en besturen. Om dat idee te testen en te concretiseren, deed winn samen met het ministerie van Economische Zaken onder de projectnaam DigiDijk een oproep aan de markt met de vraag of er nieuwe waarnemingstechnieken zijn te ontwikkelen die actuele en betrouwbare informatie opleveren over de toestand van waterkeringen en dijken. 2 Rijkswaterstaat winn Innovatieprogramma voor Wateruitdagingen 3

3 We ontwikkelen het niet meer zelf, maar we moeten de randvoorwaarden scheppen waaronder anderen het wel kunnen Louise de Jong, projectleider DigiDijk, Rijkswaterstaat Gecontroleerde dijkdoorbraak in september 2008 waar het eerste GeoBeads prototype systeem voor dijkbewaking met succes is beproefd. Online dijkmonitoring Innovatieve financiering Het project DigiDijk wordt gefinancierd via de sbir-systematiek (Small Business Innovation Research) dat door het ministerie van Economische Zaken in Nederland is geïntroduceerd. De ministeries van Verkeer en Waterstaat en Economische Zaken financieren ieder de helft. sbir is een innovatief financieringsprogramma, afkomstig uit de Verenigde Staten. Het stimuleert innovaties bij het middenen klein bedrijf. Met opzet richt het programma zich op deze sector, omdat kleinere bedrijven weliswaar vaak vernieuwende ideeën hebben, maar niet het kapitaal om deze te verwezenlijken. Investeren in innovatie betekent immers het risico nemen dat het idee bij nadere uitwerking niet realiseerbaar blijkt. Die financiële risico s zijn voor kleine bedrijven meestal te groot, terwijl zij vaak juist wel een bepaald specialisme, de flexibiliteit en de ondernemingslust in huis hebben om snel van idee tot werkend prototype te komen. sbir richt zich op projecten die kunnen bijdragen aan het invullen van de maatschappelijke taken waar de overheid een verantwoordelijkheid heeft. In Nederland en Europa staat sbir open voor bedrijven van elke omvang, in tegenstelling tot de Verenigde Staten, waar sbir alleen voor het midden- en kleinbedrijf is bedoeld. Projectfasen sbir sbir bestaat uit drie fasen: 1. haalbaarheidsonderzoek, 2. ontwikkeling en maken van een prototype, 3. en de commerciële verkoop. Het volledige onderzoeks traject (fase 1 en 2) wordt door de overheid gefinancierd in de vorm van een opdracht aan bedrijven. Voor beide fasen geldt competitie. sbir vraagt niet direct om een kant-en-klare oplossing, maar biedt bedrijven de ruimte om hun ideeën eerst te onderzoeken en te testen. Na de oproep ontving Rijkswaterstaat 21 inschrijvingen. Vijf bedrijven kregen een sbir-cheque om de haalbaarheid van nieuwe dijkinspectiemethoden te onderzoeken. Na deze eerste sbir-fase viel de keus op twee bedrijven, die in sbir Fase 2 een prototype konden gaan bouwen: Hansje Brinker bv met satellietradartechniek en Alert Solutions met de techniek GeoBeads (sensoren in de dijk). 4 Rijkswaterstaat winn Innovatieprogramma voor Wateruitdagingen 5

4 De lineaire deformatiesnelheid ter plaatse van de Houtribdijk gevisualiseerd op een hoogtemodel. Het verschil in deformatiesnelheid is abrupt, waardoor ter plaatse een hoogtesprong in de weg is ontstaan. Bron: Hansje Brinker bv Zoals Hansje Brinker langs de dijk schaatste, zo vliegen onze satellieten er straks dagelijks overheen Ramon Hanssen, hoogleraar aardobservatie tu Delft en oprichter Hansje Brinker bv Monitoring van waterkeringen met behulp van satellietgegevens. Bron: Hansje Brinker bv / European Space Agency (esa). De nieuwe technieken Monitoring van waterkeringen uit de ruimte Hansje Brinker bv ontwikkelt ruimtevaarttechnologie voor het monitoren van waterkeringen zoals dijken, dammen en kaden. Met hoge resolutie radarbeelden kunnen vanaf 800 km hoogte millimeters beweging gemeten worden, en dat grofweg eens per week en voor heel Nederland. De radar kan dag en nacht meten, ook in bewolkte omstandigheden. Het belangrijkste product van Hansje Brinker is een operationele monitorings- en waarschuwingsdienst. Daarmee biedt Hansje Brinker continu actuele informatie over het gedrag (stabiliteit, integriteit en hoogteverandering) van waterkeringen, en een automatische waarschuwing indien de stabiliteit van waterkeringen op bepaalde locaties gebreken vertoont. Daarnaast wordt advies aangeboden voor de interpretatie van de radargegevens en detailuitwerkingen van bepaalde gebieden. De lineaire deformatiesnelheid in de omgeving van Harlingen. Een significant deformatiesignaal is gedetecteerd met de radarresultaten. Het is aannemelijk dat deze deformatie wordt veroorzaakt door de winning van zout in de regio (Barradeel). Bron: Hansje Brinker bv Projecten Hansje Brinker Hansje Brinker heeft inmiddels verschillende waterkeringen in Nederland onderzocht op basis van de vergelijking van satellietbeelden, die op verschillende tijdstippen opgenomen zijn. Zo is aangetoond dat enkele dijken ten noorden van Harlingen met een snelheid van 8 mm per jaar aan het verzakken zijn. Voor de Hondsbossche en Pettemer zeewering voerde Hansje Brinker een detailanalyse uit. Satellietbeelden tussen 1992 en 2008 toonden aan dat de Pettemer zeewering na een dijkversterking in mm per jaar verzakte. Geleidelijk nam deze verzakking af om na 2003 vrijwel volledig te verdwijnen. Naast deze verzakking laat de zeewering een gehele kanteling in de lengterichting zien. Ook de Houtribdijk bleek op verschillende plaatsen vervorming te vertonen, wat concrete schade veroorzaakte. Rond de Afsluitdijk deed Hansje Brinker vergelijkbare waarnemingen: het sluizencomplex bij Kornwerderzand liet een beweging van 3 mm per jaar zien. Met scheuren in de brugconstructie als gevolg. Op basis van deze waar schuwingen kunnen de dijkbeheerders op tijd maatregelen treffen voor het verbeteren van de veiligheid van deze dijken. 6 Rijkswaterstaat winn Innovatieprogramma voor Wateruitdagingen 7

5 Het sbir programma DigiDijk was voor ons vanaf de start een belangrijke ondersteuning. Het gaf ons de gelegenheid om de innovatie GeoBeads in zeer kort tijdsbestek te ontwikkelen. En met succes. Naast meerdere pilot projecten zijn de eerste commerciële meetsystemen reeds uitgeleverd Eerste real time gemeten veenkade in Nederland door inzet van GeoBeads. GeoBeads is gebruikt voor monitoring voorafgaand aan, tijdens en na geplande ophogingswerkzaamheden. Installatie van GeoBeads in november 2008, tot op heden wordt de kade gemonitord. Foto van Vlaardingsekade, Alert Solutions bv Pepijn van der Vliet & Erik Peters, Alert Solutions Keten van GeoBeads sensormodules. Alert Solutions bv GeoBeads, chiptechnologie voor verbeterde inspectie en veiligheid van waterkeringen GeoBeads van Alert Solutions is een elektronisch meetsysteem in de dijk. Kleine sensoren - zogenaamde kunstmatige zintuigen - kunnen diverse grondeigenschappen zoals waterdruk, temperatuur en beweging gelijktijdig en continu waarnemen. Op basis van die verzameling meetgegevens krijgt de gebruiker doorlopend en real time inzicht in de ondergrondse toestand van de dijk. Veranderingen in de dijk worden direct opgemerkt, waardoor het ook mogelijk wordt om vroegtijdig benodigde (versterkings) maatregelen te treffen. Dit verkleint de kans op calamiteiten en kan de kosten voor bewaking en beheer van de water keringen aanzienlijk terug - dringen. GeoBeads is de eerste waarnemingstechniek die rechtstreeks en live observaties levert: een grote stap vooruit voor de dijkinspecties. Projecten Alert Solutions Het eerste prototype van GeoBeads is ingezet bij het macrostabiliteitsexperiment van de IJkdijk in het Groningse Bellingwedde. Hier werd een levensechte testdijk gebouwd, die onder gecontroleerde omstandigheden tot bezwijken werd gebracht. Alert Solutions plaatste 50 sensor modules in de IJkdijk, die de doorbraak nauwlettend volgden. Het meetsysteem zorgde voor een compleet beeld van zowel de waterhuishouding als de beweging van de dijk tijdens het experiment. Het Hoogheemraadschap van Delfland zet GeoBeads in voor het monitoren van de Vlaardingsekade, een veendijk vlakbij Schipluiden. Met het sensornetwerk volgt het Hoogheemraadschap nauwlettend de uitgevoerde ophoogwerkzaamheden. Daarnaast wordt GeoBeads getest in de LiveDijk, de real time monitoring van een primaire kering bij de Eemshaven in het noorden van het land. Ook in rivierdijken wordt het meetsysteem gebruikt. GeoBeads zijn breder inzetbaar: andere toepassingen zijn bijvoorbeeld de monitoring van gevels in binnenstedelijk gebied en de monitoring van afschuivende berghellingen. Complementaire technieken Waar Hansje Brinker met ogen vanuit de ruimte bekijkt waar de dijken in Nederland afwijkingen vertonen, onderzoekt GeoBeads van Alert Solutions met ogen in de dijk de situatie ter plekke. Zo vullen de beide technieken elkaar goed aan. DigiDijk heeft Nederlandse innovaties mogelijk gemaakt, die ook in het buitenland kunnen worden toegepast. 8 Rijkswaterstaat winn Innovatieprogramma voor Wateruitdagingen 9

6 Aanbrengen van GeoBeads, Alert Solutions bv DigiDijk in relatie tot andere innovaties Flood Control 2015 De DigiDijk-technieken sluiten aan bij de ambitie van het onderzoeksprogramma Flood Control Dit gezamenlijke initiatief van overheid, bedrijfsleven en kennisinstituten wil de risicobeheersing verbeteren door overstromingsrisico s op de korte termijn beter te voorspellen en door deze kennis beter te laten aansluiten op de (crisis)besluitvorming. Hoewel DigiDijk geen formele relatie heeft met het programma Flood Control 2015, wordt er wel nauw samengewerkt. winn DigiDijk is met financiering door de sbirsystematiek ontwikkeld binnen de kaders van winn. winn faciliteert niet alleen het proces, maar zoekt ook naar mogelijke combinaties met andere inno vaties, zoals de inside dijkversterkings technieken. Zo zouden waterschappen, waar inside op dit moment wordt toe gepast, gebruik kunnen maken van de monitoringsmethoden van Alert Solutions en/of Hansje Brinker om precies te meten of het gewenste versterkingseffect optreedt. Innovatief Waterkeren Op veel plaatsen is aandacht voor innovatief waterkeren. Verschillende waterschappen willen aan de slag. Daarom is het belangrijk om overzicht van de beschikbare technieken te verkrijgen. Onderlinge uitwisseling van ideeën en begrip voor elkaars rol is ook van groot belang. Met het project Innovatief Waterkeren wil winn partijen ertoe aanzetten om creatieve ideeën te implementeren en door te ontwikkelen. winn voelt zich verantwoordelijk voor het proces dat nodig is om innovaties te concretiseren, en om de benodigde kennis te ontsluiten. Geïnspireerd? DigiDijk zorgt voor de ontwikkeling van waarnemingstechnieken die actuele en betrouwbare informatie opleveren over de toestand van waterkeringen en dijken. Wilt u de beschreven technieken toepassen, meer weten of ideeën uitwisselen over een innovatieve techniek? Neem contact op via [email protected] 10 Rijkswaterstaat winn Innovatieprogramma voor Wateruitdagingen 11

7 winn is het innovatieprogramma voor Wateruitdagingen van Rijkswaterstaat. Rijkswaterstaat gaat in winn, samen met kennisinstituut Deltares en het bedrijfs leven wateruitdagingen aan. winn inspireert, pakt kansen op en experimenteert. Zo werken we aan oplossingen voor de toekomstige wateropgave. Denkt u mee? Dit is een uitgave van Rijkswaterstaat in samenwerking met Dit project wordt uitgevoerd door Alert Solutions Hansje Brinker sbir Kijk voor meer informatie op of bel (ma t/m zo uur, gratis) oktober 2009 wd1009cp051/b