Opdrachtgever: DG Rijkswaterstaat, RIKZ Kwaliteitsborging HYDRA-K Beschrijving van testresultaten van het rekenprogramma HYDRA-K; versies 3.0.3 en 3.01t Report Juli 2005 Q3966.40 WL delft hydraulics
Opdrachtgever: DG Rijkswaterstaat, RIKZ Kwaliteitsborging HYDRA-K Beschrijving van testresultaten van het rekenprogramma HYDRA-K; versies 3.0.3 en 3.01t F.L.M. Diermanse Report Juli 2005
Inhoud 1 Inleiding...1 1 2 Testen op functionaliteit...2 1 2.1 Installatie van de programmatuur...2 1 2.2 Functionaliteit user-interface...2 1 2.2.1 Inleiding...2 1 2.2.2 Standaard rekenopties...2 1 2.2.3 Extra functionaliteiten...2 6 2.3 Functionaliteit Batchmodule...2 8 3 Testen op consistentie...3 1 3.1 Consistentietesten op de invoerdata...3 1 3.1.1 Inleiding...3 1 3.1.2 Keuze statistiekbestanden...3 1 3.1.3 Verloop kwantielen...3 2 3.2 Consistentietesten op de uitvoer...3 4 3.2.1 Relatie tussen kruinhoogte en herhalingstijd...3 4 3.2.2 Consistentie in het ruimtelijk verloop langs de kustlijn...3 7 3.2.3 Consistentie ontwerp bekledingen...3 25 3.2.4 Consistentie variatie dijkprofiel...3 30 3.2.5 Consistentie hoogste waterstand versus ongunstigste belasting...3 35 3.2.6 Consistentie ontwerpberekening met deterministisch rekenen...3 37 i
4 Lijst met verbeterpunten...4 1 4.1 Inleiding...4 1 4.2 Eerste testronde: versie 3.0.3...4 1 4.3 Tweede testronde: versie 3.01t...4 14 5 Lijst met minder urgente verbeterpunten...5 1 ii
1 Inleiding Kader In 2006 dient het nieuwe hydraulische randvoorwaardenboek (HR2006) te worden opgeleverd. In het kader van de voorbereidingen voor HR2006 ontwikkelt het Rijksinstituut voor Kust en Zee (RIKZ) momenteel een rekenprogramma, HYDRA-K, waarmee de randvoorwaarden kunnen worden berekend. Voordat HYDRA-K daadwerkelijk toegepast gaat worden dient nog een aantal werkzaamheden te worden uitgevoerd. Dit betreft onder andere een verdere toetsing van het rekenprogramma, analyses van de beschikbare statistieken en het samenvattend rapporteren van alle relevante achtergrondinformatie. Dit rapport Dit rapport beschrijft de resultaten van een aantal testen die heeft uitgevoerd op de meest recente versies van HYDRA-K (3.0.3 en 3.01t). De testen zijn uitgevoerd in twee aparte testrondes. De eerste testronde is uitgevoerd voorafgaand aan de gebruikerscursus HYDRA-K voor waterbeheerders van 1 juni 2005; de tweede testronde is uitgevoerd na de cursus. In grote lijnen zijn dezelfde testen uitgevoerd in de beide testrondes. De tweede testronde is uitgevoerd met de versie waaruit de onvolkomenheden van de eerste testronde zijn weggewerkt. De tweede testronde heeft dan ook voornamelijk als doel om na te gaan of dat succesvol gebeurd is en er geen nieuwe fouten geïntroduceerd zijn. Op 10 mei 2005 heeft het testplan voor de beide testrondes opgeleverd aan RIKZ. Het plan behelst de volgende type testen: 1. Functionaliteit a) installatie van de programmatuur; b) user-interface; c) batchmodule. 2. Consistentie a) ini-bestand en invoer-bestanden; b) uitvoer. In het vervolg van dit rapport beschrijven we de uitkomst van deze typen testen in detail. Leeswijzer Hoofdstuk 2 beschrijft de bevindingen van de functionaliteitstesten. Hoofdstuk 3 beschrijft de bevindingen van de consistentietesten. Hoofdstuk 4 geeft een overzicht van de lijst met fouten en verbeterpunten. Hoofdstuk 1 geeft een lijst met minder urgente verbeterpunten. 1 1
De foutmeldingen van de verschillende testversies worden in dit rapport allemaal beschreven, ook als deze in latere versies inmiddels opgelost zijn. We geven daarbij telkens aan of de gevonden fout inmiddels verholpen is of niet. Vanuit hoofdstuk 2 en hoofdstuk 3 verwijzen we zoveel mogelijk naar de lijst met foutmeldingen in hoofdstuk 4. De lijst met foutmeldingen in hoofdstuk 4, en meer in bijzonder dié foutmeldingen die betrekking hebben op de laatste testversie, kunnen beschouwd worden als de belangrijkste aanbevelingen ter verbetering van HYDRA-K. Auteurs en organisatie Dit rapport is samengesteld door Ferdinand Diermanse, tevens uitvoerder van de testen. Tijdens het opstellen van het testplan en het uitvoeren van de testen hebben Jan Stijnen, Bart Thonus en Abe Hoekstra van HKV ondersteuning verleend. De begeleiding vanuit RIKZ is verzorgd door Rico Tönis en Frank den Heijer. 1 2
2 Testen op functionaliteit 2.1 Installatie van de programmatuur In dit onderdeel hebben we getest of de programmatuur met behulp van de (concept-) gebruikershandleiding eenvoudig te installeren is en of het programma daadwerkelijk opstart. Op basis van deze test concluderen we dat ook voor iemand die nog nooit met HYDRA-K heeft gewerkt het programma eenvoudig te installeren is, zeker met behulp van de handleiding. Vanzelfsprekend veronderstellen we dat de gebruiker vertrouwd is met de windows-omgeving. 2.2 Functionaliteit user-interface 2.2.1 Inleiding In dit onderdeel hebben we de werking getest van de verschillende reken- en grafiekopties in het user-interface. Hier hebben we eenvoudigweg gecontroleerd of HYDRA-K de gevraagde uitvoer genereert. In de gevallen waarin de gevraagde uitvoer niet gegenereerd werd, zijn we nagegaan of het programma een heldere en acceptabele foutmelding geeft. Indien dat niet het geval was, is de fout geregistreerd (zie hoofdstuk 4) en direct gecommuniceerd met HKV, opdat zij zo snel mogelijk de fout konden verwijderen. Deze paragraaf is (naast de inleiding) onderverdeeld in 2 subparagrafen: Paragraaf: 2.2.2: Standaard rekenopties; Paragraaf 2.2.3: Extra rekenfunctionaliteiten. De standaard rekenopties zijn de kernfunctionaliteiten van HYDRA-K, zoals het bepalen van randvoorwaarden (ontwerppunten), faalkansberekeningen, ontwerpberekeningen en een aantal grafiekopties. Met extra rekenfunctionaliteiten doelen we op het meenemen van lange golven en/of buistoten in de berekening en berekeningen voor verticale constructies en havendammen. We bespreken telkens achtereenvolgens de resultaten van de eerste en tweede testronde. 2.2.2 Standaard rekenopties Deze test is voor de volgende reken- en grafiekopties in het user-interface uitgevoerd: Rekenen - Herhalingstijd falen; - Ontwerpberekening; - Offshore-onshore; - Deterministisch; en - Stekker. 2 1
Grafieken - Herhalingstijd falen; - Histogram; en - Tweedimensionale grafieken. Al deze functionaliteiten zijn voor de verschillende faalmechanismen getest: Golfoploop Golfoverslag Instabiliteit van de bekleding Gras Steen Asfalt Breuksteen Betonblokken in 2 lagen Betonelementen in 1 laag We hebben de test uitgevoerd voor één locatie langs de Oosterschelde en één locatie langs de Westerschelde. De rekenmethodes voor locaties langs de Oosterschelde onderscheiden zich nadrukkelijk van die van de overige gebieden (door de aanwezigheid van de Oosterscheldekering). Daarom hebben we het noodzakelijk geacht om de test uit te voeren voor zowel een locatie langs de Oosterschelde als voor een locatie langs één van de andere gebieden. Tabel 2.1 en Figuur 2.1 tonen de locaties waarvoor de testen zijn uitgevoerd. Tabel 2.1 Locaties voor testberekeningen gebied locatie x y Oosterschelde Plompetoren 43653 411729 Westerschelde Vlissingen 29571 384983 2 2
4.2 x 105 4.1 4 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 1 2 3 4 5 6 7 8 x 10 4 Figuur 2.1 Locatie Vlissingen langs de Westerschelde (de x en y-as zijn Parijse coördinaten) 4.3 x 105 4.25 4.2 4.15 4.1 4.05 4 3.95 3.9 3.85 3.8 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 x 10 4 Figuur 2.2 Locatie Plompetoren langs de Oosterschelde (de x en y-as zijn Parijse coördinaten) 2 3
In totaal zijn voor deze test 128 berekeningen uitgevoerd, namelijk voor alle mogelijke combinaties van 8 reken- en grafiekopties, 8 faalmechanismen en 2 locaties. In de meeste gevallen verliep de berekening naar wens. Onderstaand geven we een overzicht van de berekeningen die niet de gewenste uitvoer opleverden. Eerste testronde (versie 3.0.3) Tabel 2.2 bevat de testsommen die in de eerste testronde niet de gewenste uitvoer opleverden. Tabel 2.2 Testberekeningen via de user interface die niet naar wens verliepen. nr locatie faalmech. optie user interface 12 Plompetoren Golfoverslag Deterministisch 14 Plompetoren Golfoverslag Herhalingstijd falen 15 Plompetoren Golfoverslag Histogram 21 Plompetoren Gras Stekker 76 Vlissingen Golfoverslag Deterministisch 78 Vlissingen Golfoverslag Herhalingstijd falen 79 Vlissingen Golfoverslag Histogram 85 Vlissingen Gras Stekker 86 Vlissingen Gras Herhalingstijd falen 87 Vlissingen Gras Histogram Toelichting: Berekening 12, 76: zie foutmelding [2.2] in hoofdstuk 4. Berekening 14, 78, 79: zie foutmelding [2.3] in hoofdstuk 4. Berekening 15: zie foutmelding [2.4] in hoofdstuk 4. Berekening 21, 85: zie foutmelding [2.6] in hoofdstuk 4. Berekening 86 en 87: zie foutmelding [2.14] in hoofdstuk 4. Voor al deze foutmeldingen geldt dat ze inmiddels in de volgende testversie (3.03t) zijn opgelost. Speciale vermeldingen voor de overige testsommen: Testsom 24 en 88, 2D grafieken voor bekledingstype gras. Hierbij kwam de foutmelding: optie niet beschikbaar voor stormduurafhankelijke faalmechanismen. Dit is op zich geen onvolkomenheid, maar wel goed om te weten. Optie 2D grafieken: deze zien er regelmatig wanordelijk uit, met name de grafiek 2D offshore (zie melding [2.5] in hoofdstuk 4). Tweede testronde (versie 3.01t) Tabel 2.3 bevat de testsommen die in de tweede testronde niet de gewenste uitvoer opleverden. Tabel 2.3 Testberekeningen via de user interface die niet naar wens verliepen. nr locatie faalmech. optie user interface 76 Vlissingen Golfoverslag Deterministisch 2 4
Toelichting: Berekening 76: zie foutmelding [3.2] in hoofdstuk 4. Speciale vermeldingen voor de overige testsommen: 2D grafieken: Deze zien er net als in de eerste testronde nog steeds regelmatig wanordelijk uit, met name de grafiek 2D offshore. Maar over het algemeen ziet het er al een stuk beter uit dan in de eerste testronde (zie melding [3.4] in hoofdstuk 4). Overzicht van de gebruikte instellingen Onderstaand een overzicht van de instellingen in HYDRA-K die in beide testronden gebruikt zijn bij het testen van de user-interface. Kappa=50 Herhalingstijd=4000 Afhankelijkheid=WAARnemingen SelectieWaarnemingen=HOOGste waterstand Stromingscorrectie=NEE Vaste stilwaterlijn in ontwerppunt=nee LangeGolven=NEE Buistoten=NEE GebruikTP=ja Profiel=ST, sp1 [Eigenschappen asfalt] Laagdikte=0.15 Ondergrondtype=zand Asfalttype=waterbouwasfaltbeton Filtertype=geotextiel DichtheidWater=1000 DichtheidAsfalt=2100 OndergrensGeslBekl=1 [Eigenschappen gras] Kwaliteit=goed [Eigenschappen steen] Toplaagdikte=0.4 TypeSteenzetting=ingeklemde stenen op geotextiel op zand/klei Toetsgrens=goed/twijfelachtig TypeConstructie=goed DikteFilter+Kleilaag=3 D15VanZand=0.0001 Relatievedichtheid=1.6 2 5
[Eigenschappen breuksteen] DichtheidWater=1025 DichtheidBreuksteen=2800 Dn50=0.33 Schadegetal=2 Permeabiliteit=0.3 [Eigenschappen Beton element in 1 laag] DichtheidWater=1025 DichtheidBeton=2800 [Eigenschappen Betonblokken in 2 lagen] DichtheidWater=1025 DichtheidBeton=2800 Dn=1 KritiekAantalVerplBlokken= 0.5000 2.2.3 Extra functionaliteiten In dit onderdeel zijn de relatief nieuwe functionaliteiten van het user-interface van HYDRA- K getest op functioneren, te weten: lange golven; buistoten; golfoverslag bij verticale constructies; en havenhoofden. Lange golven en buistoten Eerste testronde (versie 3.0.3) Indien de gebruiker in het user-interface één van de opties lange golven of buistoten actief maakt, verschijnt bij elk van de berekeningen de volgende foutmelding (referentie: foutmelding [2.16], hoofdstuk 4): error; inputs must be character arrays en kan geen berekening meer gemaakt worden. Opmerkelijk is dat deze foutmelding alleen voorkomt in de versie van HYDRA-K die via het Matlab-scherm gedraaid wordt (op basis van de code). De executable-versie van HYDRA-K kan wel berekeningen draaien met buistoten en lange golven. Met deze executable hebben we ontwerpberekeningen en faalfrequentieberekeningen uitgevoerd voor de locaties Plompetoren (Oosterschelde) en Vlissingen (Westerschelde) en daarbij telkens toeslagen ingevoerd voor buistoten en lange golven. Alle berekeningen werden naar wens voltooid. Dit geldt voor beide testversies. Tweede testronde (versie 3.01t) Tijdens de tweede testronde zijn alle berekeningen met buistoten en lange golven naar wens uitgevoerd. 2 6
Golfoverslag bij verticale constructies Bij het faalmechanisme golfoverslag wordt de gebruiker de mogelijkheid geboden om de faalkans van een verticale wand (bijvoorbeeld een sluis) door te rekenen. Deze optie is alleen in de tweede testronde getest, omdat het in de versie van de eerste testronde (3.0.3) nog niet beschikbaar was. We hebben deze optie getest door ontwerpberekeningen en faalfrequentieberekeningen uit te voeren voor de locaties Plompetoren (Oosterschelde) en Vlissingen (Westerschelde). Alle berekeningen werden naar wens voltooid. Havendammen Havendammen kunnen op drie verschillende onderdelen falen: teenconstructie; de toplaag van de bodembescherming; en het grensvlak. Voor alledrie de onderdelen hebben we een berekening uitgevoerd voor de locaties Plompetoren (Oosterschelde) en Vlissingen (Westerschelde). Alle berekeningen werden naar wens voltooid. Overzicht van de gebruikte instellingen Onderstaand een overzicht van de gebruikte instellingen bij de optie havendammen [Teenconstructie] DichtheidWater=1025 DichtheidMateriaal=2800 KritiekAantalVerplBlokken= 0.5000 BodemdiepteVoorTeen=0 [Stabiliteit toplaag] DichtheidWater=1025 DichtheidMateriaal=2500 ShieldsParameter=0.03 Phi=40 Beta=0 Ugem=1 ReflectieCoëfficiënt=0.5 BodemdiepteVoorTeen=-1 [stabiliteit grensvlak] MaatgevendeWaterdiepte=0 ReflectieCoëfficiënt=0.5 2 7
2.3 Functionaliteit Batchmodule In dit onderdeel hebben we het functioneren van de batchberekening getest voor de Westerschelde en de Oosterschelde, om te zien of de batchmodule voor alle locaties de gevraagde uitvoer genereert. In voorgaande versies was dit vaak niet het geval. De batchrun is gedraaid voor de volgende instellingen: 1. Faalmechanisme=GOLFOVERSLAG 2. Kappa=50 3. Afhankelijkheid=WAARnemingen 4. SelectieWaarnemingen=HOOGste waterstand 5. Stromingscorrectie=NEE 6. Vaste stilwaterlijn in ontwerppunt=nee 7. LangeGolven=NEE 8. Buistoten=NEE 9. GebruikTP=nee 10. Profiel=ST, sp1 11. Overslagdebiet=1 12. Verticalwand=nee Toelichting 1. Het doorgerekende faalmechanisme is golfoverslag. 2. Kappa is het aantal punten dat naar het faalgebied verschoven wordt. 3. De afhankelijkheid tussen wind en waterstand wordt bepaald op basis van de simultane waarnemingen (het alternatief is de aanname van volledige afhankelijkheid). 4. Het overslagdebiet en de oploophoogte worden bepaald voor het moment van de hoogste waterstand. 5. Er wordt geen stromingscorrectie toegepast. 6. De waterstand van het ontwerppunt wordt locatieafhankelijk bepaald en niet constant genomen voor een heel gebied (d.w.z. gelijk aan de waterstand in het voor dat gebied representatieve waterstandstation). 7. Het effect van lange golven wordt verwaarloosd. 8. Het effect van buistoten wordt verwaarloosd. 9. De golfperiode wordt niet als (additionele) stochast beschouwd. 10. De berekeningen wordt uitgevoerd met standaard profiel 1. 11. Het kritieke overslagdebiet (tussen falen en niet falen) is 1 l/m/s. 12. De kering bevat geen verticale wand. Eerste testronde (versie 3.0.3) In de eerste testronde kwam een aantal onvolkomenheden aan het licht: [1] Ontbrekende locaties user-interface. Veel locaties uit de profielendatabase en de database met SWAN-uitvoer werden overgeslagen d.w.z. kwamen niet voor in het uitvoerbestand (referentie: foutmelding [1.2] in hoofdstuk 4). [2] Foutmelding PC-Overslag. Bij het uitvoeren van een batchrun voor de Oosterschelde (golfoverslag 1 l/m/s) gaf het scherm bij voortduring de foutmelding: StatBerekenZgolfoverslagpcoo: Dalend taluddeel niet toegestaan. 2 8
De berekening is met het standaard dijkprofiel SP1 uitgevoerd en daarin komt geen dalend taluddeel voor. De batchberekening gaat ondanks deze foutmelding wel verder. (referentie: foutmelding [1.3] in hoofdstuk 4). [3] Afbreken batch-run Oosterschelde: Bij het uitvoeren van een batchrun voor de Oosterschelde (golfoverslag 1 l/m/s) voerde HYDRA-K voor de eerste 355 locaties de gevraagde berekening uit, maar daarna stopt de berekening. Het scherm gaf de hiervoor genoemde foutmelding. Het was niet duidelijk wat de oorzaak is van het feit dat de batchberekening gestopt werd. (referentie: foutmelding [1.4] in hoofdstuk 4). HKV is met deze foutmeldingen aan de slag gegaan en heeft, nog tijdens de eerste testronde, een nieuwe versie van HYDRA-K opgestuurd. Daarmee is wederom een batchrun uitgevoerd. In vergelijking met de vorige versie bevatte het uitvoerbestand van de batchrun veel meer locaties. Echter het lijkt nog niet helemaal compleet te zijn, d.w.z. de bestanden met SWAN-uitvoer en de profielendatabase bevatten meer locaties dan de uitvoer van de batchrun. Bijvoorbeeld locatie (37328; 402653) in de Oosterschelde komt zowel voor in de profielendatabase als in de database met SWAN-resultaten, maar komt niet voor in de uitvoer van de batchmodule. Dit wordt veroorzaakt door onrealistische en ontbrekende waarden in de database (referentie: foutmelding [2.8] in hoofdstuk 4). Tweede testronde (versie 3.01t) In de tweede testronde verliepen de batchberekeningen naar wens. 2 9
3 Testen op consistentie 3.1 Consistentietesten op de invoerdata 3.1.1 Inleiding In het zogenaamde ini-bestand van HYDRA-K staan verwijzingen naar de gebruikte invoerbestanden met statistieken, profielgegevens, SWAN-resultaten etc. Dit bestand is nagelopen op de gemaakte keuzes. Verder zijn uit de invoerbestanden de belangrijkste statistische gegevens (kwantielen) van windsnelheid, waterstand en golfperiode voor de diverse locaties onderling vergeleken en op irregulariteiten onderzocht. 3.1.2 Keuze statistiekbestanden Tabel 3.1 toont per regio de stations waarop de statistiek voor de betreffende regio gebaseerd is. De statistiek zit verwerkt in de bestanden met simultane waarnemingen en in de bestanden met marginale statistiek. De keuze van stations ten behoeve van de simultane waarnemingen komt nagenoeg overeen met de keuze van stations ten behoeve van de marginale statistiek. Alleen voor regio gesloten kust noord wordt in het ene geval station Texel genomen en in het andere geval station de Kooy. Deze stations liggen echter dicht bij elkaar. De windstatistiek van station de Kooy dient eigenlijk vervangen te worden door die van station Texel (Frank den Heijer, persoonlijke communicatie). Tabel 3.1 Keuze stations per regio Regio golfstatistiek windstatistiek waterstandstatistiek Westerschelde EUR Vlissingen Vlissingen Oosterschelde EUR Vlissingen Osb Waddenzee west ELD Terschelling west Harlingen Waddenzee oost SON Terschelling west Lauwersoog Gesloten kust noord ELD Texel/de Kooy Den Helder Gesloten kust zuid EUR Hoek van Holland Hoek van Holland De gekozen stations per regio zijn over het algemeen wel de meest voor de hand liggende. In een enkel geval is de keuze van een ander station het overwegen waard, omdat de locatie dichter bij of centraler in het gebied gelegen is. Daarbij moet wel gelijk opgemerkt worden dat de keuze voor het station uiteraard ook sterk afhankelijk is van de kwaliteit en lengte van de beschikbare meetreeks. Met de nadruk op dit laatste voorbehoud noemen we enkele mogelijke wijzigingen in de keuze van meetstations die wellicht het overwegen waard zijn: Regio Westerschelde: station SCW in plaats van EUR voor golfstatistiek Regio Oosterschelde: station SWB in plaats van EUR voor golfstatistiek Regio gesloten kust zuid: station MPN in plaats van EUR voor golfstatistiek Regio gesloten kust noord: station YM6 in plaats van EUR voor golfstatistiek Regio Waddenzee oost: een ander windstation dan Terschelling west 3 1
Verder wordt voor de bepaling van de waterstand nog statistiek van een aantal additionele stations gebruikt (Delfzijl, Huibertsgat, Terschelling West, Den Oever, IJmuiden en Hansweert). Deze worden alleen gebruikt voor het deelgebied waarin zij zich bevinden en staan derhalve niet ter discussie. Tot slot merken we op dat op dit moment niet duidelijk is welke diep-water randvoorwaarden zijn opgenomen in de database met SWAN-berekeningen. Het is van groot belang om dit snel helder te krijgen, ook met het oog op de nieuw te produceren kustdatabase. Als binnen HYDRA-K voor bijvoorbeeld de regio Noord-Holland de golfstatistiek van ELD gebruikt wordt dan moeten de diep-water randvoorwaarden voor alle locaties van Noord Holland eveneens betrekking hebben op ELD. Het is goed mogelijk dat aan deze consistentie-eis niet overal voldaan wordt! 3.1.3 Verloop kwantielen Figuur 3.1 t/m Figuur 3.4 tonen voor respectievelijk de waterstand, de windsnelheid en de periodematen T m-1,0 en T p telkens 6 kwantielen, variërend van 10-1 jaar tot 10-4 jaar, voor de diverse stations waarvan de statistieken gebruikt worden in HYDRA-K. Uit deze figuren zijn niet echt opmerkelijke zaken te constateren, hetgeen het nodige vertrouwen geeft. De verschillen tussen locaties onderling zijn in de regel goed te verklaren, zoals de hogere waterstanden in Hansweert en Delfzijl, de lagere windsnelheid in Vlissingen en de afname van de golfperiode van noord (SON) naar zuid (EUR). Wel is gebleken dat de invoerbestanden in HYDRA-K van de statistiek van de golfperiode (zowel T m-1,0 als T p ) niet volgens de meest recente statistiek is, d.w.z volgens het rapport "golfstatistiek op diep water 1979-2002, van. Die bestanden zijn overigens wel aanwezig binnen HYDRA-K in de folder data (de zgn.tab-bestanden). Een kleine aanpassing in het ini-bestand volstaat derhalve (referentie: foutmelding [3.6] in hoofdstuk 4). waterstand (m+nap) 7 6 5 10000 jaar 4000 jaar 2000 jaar 1000 jaar 100 jaar 10 jaar 4 3 2 DFZ HBG LWO HRL TSW DOV HLD YM8 HVL OSB VLS HSW Locatie Figuur 3.1 Kwantielen van de waterstand voor diverse locaties 3 2
40 windsnelheid (m/s) 35 30 25 20 15 10000 jaar 4000 jaar 2000 jaar 1000 jaar 100 jaar 10 jaar TSW TXL HVH VLS Locatie Figuur 3.2 Kwantielen van de windsnelheid voor diverse locaties 16 golfperiode Tm-1,0 (s) 14 12 10 8 Figuur 3.3 10000 jaar 4000 jaar 2000 jaar 1000 jaar 100 jaar 10 jaar SON ELD EUR Locatie Kwantielen van periodemaat Tm -1,0 voor diverse locaties. 3 3
20 golfperiode Tp (s) 18 16 10000 jaar 4000 jaar 2000 jaar 1000 jaar 100 jaar 10 jaar 14 12 10 SON ELD EUR Locatie Figuur 3.4 Kwantielen van periodemaat T p voor diverse locaties. 3.2 Consistentietesten op de uitvoer 3.2.1 Relatie tussen kruinhoogte en herhalingstijd Bij de zogenaamde ontwerpberekening voert de gebruiker een herhalingstijd in waarna HYDRA-K de benodigde dimensies berekent waarmee de dijk voldoet aan deze herhalingstijd. Bij deze test voeren we de herhalingstijd stapsgewijs op (10, 30, 100, 300, 1.000, 2.000, 4.000 en 10.000 jaar). Voor de faalmechanismen golfoploop en golfoverslag moet dit resulteren in een stapsgewijze toename van de kruinhoogte. Deze test wordt uitgevoerd voor drie locaties langs de Westerschelde, drie locaties langs de Oosterschelde en twee locaties langs de Hollandse kust (Tabel 3.2 en Figuur 3.5 t/m Figuur 3.7). Tabel 3.2 Locaties voor testberekeningen kruinhoogte-herhalingstijd nummer gebied locatie x y 1 Oosterschelde Plompetoren 43653 411729 2 Oosterschelde Yerseke 60917 391928 3 Oosterschelde Sint Philipsland 70943 402794 4 Westerschelde Vlissingen 29571 384983 5 Westerschelde Hansweert 58494 385061 6 Westerschelde Bath 72786 379646 7 gesloten kust Flaauwe Werk 52413 427501 8 gesloten kust Ter Heijde 71184 450027 3 4
4.3 x 105 4.25 4.2 4.15 4.1 1 4.05 3 4 3.95 3.9 2 3.85 3.8 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 x 10 4 Figuur 3.5 Testlocaties langs de Oosterschelde (zie Tabel 3.2 voor de namen en nummers). 4.2 x 105 4.1 4 3.9 4 5 3.8 6 3.7 3.6 3.5 1 2 3 4 5 6 7 8 x 10 4 Figuur 3.6 Testlocaties langs de Westerschelde (zie Tabel 3.2 voor de namen en nummers). 3 5
5 x 105 4.8 Katwijk 4.6 Scheveningen 8 Ter Heide 4.4 7 Haringvlietsluis 4.2 Brouwersdam 4 buitenzijde Oosterscheldekering 3.8 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 x 10 5 Figuur 3.7 Testlocaties langs de gesloten kust zuid (zie Tabel 3.2 voor de namen en nummers). In totaal zijn 224 testen op consistentie gedaan, namelijk voor alle combinaties van: 7 herhalingstijden (van de 8 doorgerekende herhalingstijden) 8 locaties 2 faalmechanismen (oploop en overslag) 2 methoden voor het selecteren van data ( hoogste waterstand en ongunstigste belasting ) Eerste testronde (versie 3.0.3) In 22 gevallen, ofwel zo n 10% bleek de uitvoer van HYDRA-K inconsistent, d.w.z. resulteerde een toename van de ingevoerde herhalingstijd in een daling van de berekende kruinhoogte. Om een voorbeeld te geven: In het onderstaande rekenvoorbeeld was de kruinhoogte bij een herhalingstijd van 4.000 jaar gelijk aan 6,19 m+nap, terwijl deze bij een herhalingstijd van 10.000 jaar gelijk was aan 5,97 m+nap. regio Kust zuid locatie X=52413; Y = 427501 Faalmechanisme: golfoverslag, overslagdebiet = 1 l/s/m Op basis van waarnemingen, hoogste waterstand Stromingscorrectie=NEE LangeGolven=NEE Buistoten=NEE GebruikTP=nee Vaste stilwaterlijn niet in ontwerppunt 3 6
Aantal verschoven waarnemingen in het faalgebied: 50 Profiel: sp1 Referentie: foutmelding [2.13], hoofdstuk 4 Tweede testronde (versie 3.01t) Met de tweede testversie zijn dezelfde berekeningen nogmaals uitgevoerd. Wegens een foutmelding konden echter maar 178 berekeningen voltooid worden (referentie: foutmelding [3.3], hoofdstuk 4). Van die 178 waren er nog maar 4 gevallen, ofwel zo n 2%, waarbij de uitvoer van HYDRA-K inconsistent was. Al deze gevallen traden op in de Oosterschelde. Bij de eerste testversie ging het ook in de overige regio s mis. Gezien het afwijkende belastingmodel in de Oosterschelde lijkt het probleem dus opgelost voor de overige regio s. Deze verbetering is hoogstwaarschijnlijk het gevolg van het feit dat PC-Overslag in de laatste testversie is vervangen door de oude overslagmodule van HYDRA-K. Referentie: foutmelding [3.7], hoofdstuk 4. 3.2.2 Consistentie in het ruimtelijk verloop langs de kustlijn Voor alle locaties langs de Westerschelde en Oosterschelde hebben we de hydraulische randvoorwaarden berekend bij een herhalingstijd van 4.000 jaar voor het faalmechanisme golfoverslag, met een kritisch overslagdebiet van 1 l/m/s. Het verloop van de berekende randvoorwaarden langs de kustlijn is vervolgens in beeld gebracht en geanalyseerd op consistentie en mogelijke uitschieters. Overzicht van de gebruikte instellingen In de batchrun zijn de volgende instellingen gehanteerd: Faalmechanisme=GOLFOVERSLAG Kappa=50 Herhalingstijd=4000 Afhankelijkheid=WAARnemingen SelectieWaarnemingen=Hoogste waterstand Stromingscorrectie=NEE LangeGolven=NEE Buistoten=NEE GebruikTP=nee Profiel=ST, sp1 3 7
Eerste testronde (versie 3.0.3) Opmerking vooraf: Met betrekking tot de optie vaste stilwaterlijn in ontwerppunt zijn in de eerste testronde beide opties gebruikt, nl: Oosterschelde: ja Westerschelde: nee Resultaten Oosterschelde Figuur 3.8 en Figuur 3.9 tonen de berekende kruinhoogtes voor alle locaties langs de Oosterschelde. Uit beide figuren blijkt dat de berekende kruinhoogte een nogal fluctuerend verloop heeft. Figuur 3.10 toont aan dat de verschillen met directe buurlocaties geregeld groter dan 0.5 meter kunnen zijn. Het grootste verschil tussen twee naastgelegen locaties is 2.07 meter, ergens in de buurt van Stavenisse (zie Tabel 3.3). De twee locaties liggen slechts 180 meter van elkaar verwijderd. Wat vooral opvalt is het grote verschil in oriëntatie van het dijkprofiel tussen deze twee locaties. Om te testen of hierin de oorzaak van het verschil ligt hebben we een extra berekening uitgevoerd voor locatie 634, waarbij de oriëntatie van het dijkprofiel gelijk genomen is aan die van locatie 633. De uitkomst van deze berekening is een kruinhoogte van 5.10 m+nap, ofwel vrijwel dezelfde uitkomst als die van locatie 633 (5.14 m+nap). Het verschil in oriëntatie van het dijkprofiel is dus vrijwel volledig de oorzaak van het grote verschil in kruinhoogte tussen de twee locaties. Tabel 3.3 Resultaten van kruinhoogte-berekeningen voor 3 locaties langs de Oosterschelde locatie X Y afstand (m.) orient. herh. kruinhoogte (m. +NAP) 633 65795 406159 270 4000 5.14 634 65743 406331 180 90.1 4000 3.07 635 65741 406352 21 273 4000 5.06 Figuur 3.11 t/m Figuur 3.14 geven aan dat het grillige verloop niet beperkt blijft tot de kruinhoogte. Ook de waarden van de waterstand, windsnelheid, golfhoogte en golfperiode in het ontwerppunt (illustratiepunt) kunnen soms sterk verschillen voor nabijgelegen locaties. Een aantal extreme verschillen tussen naastgelegen locaties lichten we toe: Locaties 783 en 784 liggen 230 meter van elkaar verwijderd. Toch is er een verschil in de ontwerpwindsnelheid van ruim 16 m/s (19.2 m/s om 35.5 m/s). De lagere windsnelheid bij locatie 783 wordt echter gecompenseerd door een hogere waterstand. De resulterende kruinhoogten verschillen onderling niet zoveel van elkaar. We hebben hier derhalve te maken met een meer windgedomineerde locatie en een waterstandgedomineerde locatie. Toch is het opvallend dat dan de oriëntatie van de dijknormaal in beide locaties onderling niet zo heel veel verschilt (157 om 178 graden). Met de atlas erbij is te zien dat de waterstandgedomineerde locatie net om de bocht ligt en daardoor meer beschut tegen golfaanval. Er is dus een goede verklaring voor het grote verschil in maatgevende randvoorwaarden tussen de twee naastgelegen locaties. 3 8
Locaties 309 en 310 liggen op 134 meter afstand van elkaar verwijderd. Het verschil in golfhoogte is echter zeer groot, vooral relatief (2.8 m om 1.1 m). Een blik op de andere waarden schept alleen maar meer verwarring (Tabel 3.4). De omstandigheden voor locatie 309 zijn duidelijk ongunstiger dan die voor locatie 310, maar de resulterende kruinhoogte is lager! De oorzaak van deze vreemde uitkomsten liggen in de keuze voor de optie vaste stilwaterlijn in ontwerppunt. Deze is bij de batchberekening voor de Oosterschelde op ja gezet. Indien deze op nee wordt gezet zien de onderlinge verhoudingen tussen de twee locaties er een stuk geloofwaardiger uit. (Tabel 3.5). We raden (mede) daarom aan om de optie vaste stilwaterlijn in ontwerppunt niet te gebruiken. Indien RIKZ het wenselijk acht dat deze optie beschikbaar blijft in HYDRA-K raden we aan om uit te (laten) zoeken waarom deze optie tot dergelijke ongeloofwaardige resultaten leidt. Tabel 3.4 Resultaten van kruinhoogte-berekeningen voor 2 locaties langs de Oosterschelde (optie vaste stilwaterlijn in ontwerppunt : ja) locatie X Y h Hs Golfr Tm-10 kruinhoogte 309 68906 383196 4.079 2.824 332.39 3.863 5.23 310 69071 383330 4.079 1.090 330.98 3.558 5.44 Tabel 3.5 Resultaten van kruinhoogte-berekeningen voor 2 locaties langs de Oosterschelde (optie vaste stilwaterlijn in ontwerppunt : nee) locatie X Y h Hs Golfr Tm-10 kruinhoogte 309 68906 383196 3.96 0.82 333.38 3.41 5.23 310 69071 383330 3.95 0.95 331.90 3.60 5.44 Figuur 3.8 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. 3 9
Figuur 3.9 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.10 Verschil in berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag tussen twee buurlocaties. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 10
Figuur 3.11 Berekende waterstand in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.12 Berekende windsnelheid in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 11
Figuur 3.13 Berekende golfhoogte in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.14 Berekende golfperiode in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 12
Resultaten Westerschelde Opmerking vooraf: de batchrun voor de Westerschelde is helaas niet volledig doorlopen, maar wel bijna volledig. Ook voor de Westerschelde zien we weer een vrij grillig verloop van de randvoorwaarden en de berekende kruinhoogte (Figuur 3.15 t/m Figuur 3.17). De grootste sprongen in berekende kruinhoogte tussen nabijgelegen locaties lijken weer voornamelijk debet aan verschillen in oriëntatie van de dijknormaal. Voor een aantal locaties is de berekende kruinhoogte lager dan 5 m+nap en daarmee lager dan het toetspeil ter plaatse. Dit is niet realistisch: de berekende kruinhoogte voor golfoverslag moet per definitie hoger uitvallen dan het toetspeil. Hier gaat duidelijk iets fout. Waarschijnlijk ligt de oorzaal grotendeels bij PC-Overslag, want tijdens de tweede testronde (zie verder in dit hoofdstuk) is met een andere overslagformule gerekend en kwamen dergelijke onrealistische resultaten nauwelijks meer voor (maar voor enkele locaties nog wel, dus het probleem is niet helemaal opgelost). Opvallend zijn verder de extreme sprongen in golfperiode op sommige locaties, zoals bijvoorbeeld in Tabel 3.6. Ook hier lijkt het verschil in oriëntatie van het dijkprofiel weer de voornaamste oorzaak. Tabel 3.6 Resultaten van kruinhoogte-berekeningen voor 2 locaties langs de Westerschelde. loc. X Y orient. herh. Wln Hsn Thn Tmn Kruinhoogte 50 20059 379587 94.1 4000 3.509 0.1 353.09 0.4 3.51 51 19947 379731 307.3 4000 3.994 0.925 322.58 6.694 6.41 Figuur 3.15 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. 3 13
Figuur 3.16 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.17 Verschil in berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag tussen twee buurlocaties. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 14
Figuur 3.18 Berekende waterstand in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.19 Berekende windsnelheid in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. 3 15
Figuur 3.20 Berekende golfhoogte in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.21 Berekende golfperiode in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. 3 16
Tweede testronde (versie 3.01t) Opmerking vooraf: Met betrekking tot de optie vaste stilwaterlijn in ontwerppunt is in de tweede testronde alleen de optie nee gebruikt. Dit in tegenstelling tot de eerste testronde waar voor de Oosterschelde ja werd ingevuld. In deze tweede testronde is binnen HYDRA-K de dll-van PC-Overslag vervangen door de oude module voor oploop en overslag van HYDRA-K. Dit is gedaan omdat er nog onvoldoende vertrouwen bestond in de resultaten van PC-Overslag. De gevolgen van deze vervanging op de resultaten van HYDRA-K zijn soms zeer groot, met name voor de Westerschelde. In de regel leidt de aanpassing tot een verhoging in de kruinhoogte, voor één locatie zelfs met 4,6 meter! Voor enkele locaties daalt de kruinhoogte, maar hooguit met 0.16 meter. In de Oosterschelde zijn de gevolgen minder groot: een maximale toename (afname) van 0,28 meter (0,46 meter). De verschillen staan weergegeven in Figuur 3.22 (Westerschelde) en Figuur 3.23 (Oosterschelde). Eén van de (positieve) gevolgen is dat onrealistisch lage kruinhoogtes zoals in de eerste testronde in veel mindere mate voorkomen. Er zijn echter nog steeds locaties waarvoor de berekende kruinhoogte lager is dan het toetspeil ter plaatse. Dit is niet realistisch: de berekende kruinhoogte voor golfoverslag moet per definitie hoger uitvallen dan het toetspeil. Dit is bijvoorbeeld het geval bij locatie 53403, 385251 (referentie: foutmelding [4.10] in hoofdstuk 4). We bevelen daarom aan om dit op korte termijn te laten onderzoeken. Figuur 3.22 Verschil in berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag tussen de eerste en tweede testronde. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. 3 17
Figuur 3.23 Verschil in berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag tussen de eerste en tweede testronde. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Resultaten Oosterschelde Figuur 3.24 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. 3 18
Figuur 3.25 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.26 Verschil in berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag tussen twee buurlocaties. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 19
Figuur 3.27 Berekende waterstand in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.28 Berekende windsnelheid in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 20
Figuur 3.29 Berekende golfhoogte in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.30 Berekende golfperiode in het ontwerppunt langs de Oosterschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 21
Resultaten Westerschelde Figuur 3.31 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. Figuur 3.32 Berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. 3 22
Figuur 3.33 Verschil in berekende ontwerp-kruinhoogtes langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag tussen twee buurlocaties. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Oosterschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.34 Berekende waterstand in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. 3 23
Figuur 3.35 Berekende windsnelheid in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. Figuur 3.36 Berekende golfhoogte in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. 3 24
Figuur 3.37 Berekende golfperiode in het ontwerppunt langs de Westerschelde voor faalmechanisme golfoverslag. De x-as geeft de volgorde van locaties aan van een route om de Westerschelde tegen de richting van de klok in. 3.2.3 Consistentie ontwerp bekledingen In deze test beschouwen we de relatie tussen de berekende ontwerpwaarden voor bekledingen enerzijds en de hoogte van de bekleding op de dijk anderzijds. Voor de verschillende bekledingstypen (gras, asfalt en steen) zijn bij een herhalingstijd van 4.000 jaar op verschillende hoogtes op het talud de hydraulische randvoorwaarden en de ontwerpwaarden (dikte, benodigde kwaliteit gras) berekend. Deze testen hebben we uitgevoerd voor drie locaties (zie Tabel 3.7). Voor elke locatie is standaard profiel 1 aangenomen (Figuur 3.38). Tabel 3.7 Locaties voor testberekeningen bekledingen gebied locatie x y Oosterschelde Plompetoren 43653 411729 Westerschelde Vlissingen 29571 384983 Westerschelde Hansweert 58494 385061 3 25
Hoogte (m+nap) 10 8 6 SP1 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Dwarsrichting dijk (m) Figuur 3.38 Standaard profiel 1. Asfalt De berekende ontwerpdikte voor asfaltbekleding geeft een sterk sprongsgewijs verloop te zien op de hoogte van het talud. Voor locatie Vlissingen bijvoorbeeld is een laagdikte van 0.53 meter vereist zolang de onderkant van het getoetste stuk bekleding op 2,6 m+nap ligt of lager. Daarboven zakt de vereiste laagdikte naar 0,13 m. Voor Hansweert en Plompetoren wordt een vergelijkbare sprong waargenomen op 3,0 m+nap resp. 1,7 m+nap resp. Voor Plompetoren kan boven 3.5 m+nap geen belasting berekend worden omdat de opgeschaalde waterstanden daar niet hoog genoeg voor zijn. ontwerpdikte asfalt (m) 1 0.8 0.6 0.4 Vlissingen Plompetoren Hansweert 0.2 0 1 2 3 4 5 niveau ondergrens bekleding (m+nap) Figuur 3.39 Berekende ontwerpdiktes van asfalt 3 26
Verantwoordelijk voor de waargenomen sprongen is het faalmechanisme opdrukken van asfalt. Dit mechanisme, dat samenhangt met de statische overdruk op asfalt tijdens het zakken van de buitenwaterstand, kan het beste beoordeeld worden aan de hand van nietstationaire grondwaterstromingsberekeningen in het dijklichaam. Omdat dit voor een statistisch rekenmodel als HYDRA-K te ver voert, is de vereenvoudigde methode uit de leidraad toetsing op veiligheid gebruikt. Het maatgevende niveau van het grondwater wordt met een zeer eenvoudige vuistregel geschat: h MGW h = max + h 2 GWS met: h MGW = maatgevend niveau van het grondwater (m +NAP). h max = maximale waterstand tijdens de storm (m +NAP). h GWS = gemiddelde waterstand op zee (m+nap). De waarde van h GWS wordt verondersteld gelijk te zijn aan 0 m+nap. Het mechanisme opdrukken van asfalt kan alleen optreden op niveau s beneden de maatgevende grondwaterstand. Als de ondergrens van het getoetste stuk bekleding boven de grondwaterstand ligt treedt het mechanisme derhalve niet op. In het rekenvoorbeeld van Vlissingen (Figuur 3.39) zijn er, na opschaling, exact 50 stormgebeurtenissen waarbij de stilwaterlijn (h GWS ) boven de 5,25 m+nap ligt. De waarde van h MGW ligt voor deze stormen dus (zie bovenstaande formule) boven de 2,625 m+nap. Voor een stuk bekleding met een ondergrens van 2,6 m+nap of lager zijn er dus ruim 50 stormgebeurtenissen waarbij dit faalmechanisme mogelijk optreedt. Dit aantal van 50 is relevant omdat dat (default) gelijk is aan het toegestane aantal stormgebeurtenissen waarbij falen optreedt. Daarom is voor een stuk bekleding met een ondergrens van 2,6 m+nap of lager een relatief dikke asfaltlaag van 0,53 meter benodigd. Voor een stuk bekleding met een ondergrens van 2,7 m+nap of hoger zijn er minder dan 50 stormgebeurtenissen waarbij dit faalmechanisme mogelijk optreedt. Voor de overige stormgebeurtenissen is alleen het faalmechanisme bezwijken door golfklappen relevant. Daarom is voor een stuk bekleding met een ondergrens van 2,7 m+nap of hoger een relatief dunne asfaltlaag van 0,13 meter voldoende. Uit de bovenstaande analyse lijkt de waarde van kappa (= het door de geavanceerde gebruiker in te voeren aantal stormgebeurtenissen in het faalgebied) sterk bepalend te zijn voor de hoogte van het talud waarop de sprong in de benodigde laagdikte plaats vindt. Dat is echter niet het geval, omdat een verandering in de waarde van kappa ook een verandering in de grootte van de verschuiving in het standaard exponentiële vlak tot gevolg heeft en daarmee ook een verandering in de (grond)waterstanden. In ons rekenvoorbeeld vindt ook voor kappa=25 en kappa=100 de sprong in asfaltdikte plaats op 2.6 m+nap bij locatie Vlissingen. 3 27
In elk geval kan gesteld worden dat de ontwerpdiktes laag op talud te groot zijn, d.w.z. veel groter dan diktes die in de praktijk toegepast worden.. De belasting van het faalmechanisme opdrukken van asfalt wordt kennelijk overschat. Aan de andere kant: asfalt wordt in de regel niet zo laag op het talud geplaatst. In die zin is het nog maar de vraag of het echt een probleem is. (referentie: foutmelding [3.8], hoofdstuk 4). Steen In vergelijking met de berekeningen voor asfalt verlopen de berekende steendiktes op het talud veel meer gematigd (zie Figuur 3.40). Er worden geen inconsistenties waargenomen. 1 ontwerpdikte steen (m) 0.8 0.6 0.4 Vlissingen Plompetoren Hansweert 0.2 0 1 2 3 4 5 gem. niveau bekleding (m+nap) Figuur 3.40 Berekende ontwerpdiktes van steen Gras De uitkomsten van de berekeningen voor gras waren allen consistent. Laag op het talud geeft HYDRA-K telkens de melding faalt altijd, hetgeen betekent dat zelfs met de beste kwaliteit grasmat de bekleding niet voldoet aan de 1/4.000 jaar norm. Hoger op het talud kan vanaf een bepaalde ondergrens met een goede kwaliteit grasmat wél voldaan worden aan deze norm. Verder stijgend op het talud verandert de benodigde kwaliteit van de grasmat in matig en vervolgens slecht. De overgang van faalt altijd naar slechte kwaliteit grasmat voldoet voltooit zich telkens binnen enkele decimeters. 3 28
Tabel 3.8 Benodigde kwaliteit grasmat niveau talud (M+NAP) kwaliteit grasmat Vlissingen 1.0-5.2 Faalt altijd 5.3 - boven slecht Hansweert 1.0-5.9 Faalt altijd 6.0-6.0 goed 6.1 - boven slecht Plompetoren 1.0-2.7 Faalt altijd 2.8-3.1 goed 3.2-3.3 matig 3.4 - boven slecht Overzicht van de gebruikte instellingen Onderstaand een overzicht van de instellingen in HYDRA-K die gebruikt zijn bij het testen van de ontwerpberekeningen voor bekledingen. Faalmechanisme=instabiliteit BEKLeding Kappa=50 Herhalingstijd=4000 Afhankelijkheid=WAARnemingen SelectieWaarnemingen=Hoogste waterstand Stromingscorrectie=NEE Vaste stilwaterlijn in ontwerppunt=nee LangeGolven=NEE Buistoten=NEE GebruikTP=ja Profiel=ST, sp1 [Eigenschappen asfalt] Laagdikte=0.15 Ondergrondtype=zand Asfalttype=waterbouwasfaltbeton Filtertype=geotextiel DichtheidWater=1000 DichtheidAsfalt=2100 OndergrensGeslBekl=1 [Eigenschappen gras] Kwaliteit=goed 3 29
[Eigenschappen steen] Toplaagdikte=0.4 TypeSteenzetting=ingeklemde stenen op geotextiel op zand/klei Toetsgrens=goed/twijfelachtig TypeConstructie=goed DikteFilter+Kleilaag=3 D15VanZand=0.0001 Relatievedichtheid=1.6 3.2.4 Consistentie variatie dijkprofiel In deze paragraaf testen we de invloed van het dijkprofiel op de berekende ontwerphoogte van een dijk. HYDRA-K bevat per regio in totaal vijf zogenaamde standaard-profielen. Voor de drie locaties in de Westerschelde en de drie locaties van de Oosterschelde (zie Tabel 3.2) hebben we een ontwerpberekening uitgevoerd voor de faalmechanismen overslag en oploop. Deze berekening zijn uitgevoerd voor alle vijf de standaardprofielen en onderling vergeleken. Figuur 3.41 toont de vijf standaardprofielen. Hoogte (m+nap) 14 12 10 8 6 4 2 SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80-2 -4 Dwarsrichting dijk (m) Figuur 3.41 De vijf standaardprofielen in HYDRA-K. Overzicht van de gebruikte instellingen Onderstaand een overzicht van de instellingen in HYDRA-K die gebruikt zijn bij het testen van de variatie van het dijkprofiel: Faalmechanisme=GOLFOVERSLAG Kappa=50 Herhalingstijd=4000 Afhankelijkheid=WAARnemingen SelectieWaarnemingen=Hoogste waterstand Stromingscorrectie=NEE LangeGolven=NEE Buistoten=NEE GebruikTP=nee 3 30
Eerste testronde (versie 3.0.3) Figuur 3.42 t/m Figuur 3.45 tonen de resultaten voor de verschillende locaties en faalmechanismen in de eerste testronde. Uit de figuren blijkt dat er geen sprake is van een eenduidige rangschikking tussen de standaardprofielen onderling. Met andere woorden: er is niet één profiel aan te wijzen dat altijd tot de hoogste (of laagste) kruinhoogte leidt. Desalniettemin zijn de uitkomsten redelijk consistent. Berekeningen met SP2 en SP4 resulteren in de regel in de hoogste kruinhoogte. Berekeningen met SP1 en SP5 resulteren in de regel in de laagste kruinhoogte. Kruinhoogte (m+nap) 9 8 7 SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 6 5 4 1 2 3 locatie Figuur 3.42 Ontwerp-kruinhoogte voor 3 locaties langs de Westerschelde; faalmechanisme golfoverslag Kruinhoogte (m+nap) 6.0 5.5 5.0 SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 4.5 4.0 1 2 3 locatie Figuur 3.43 Ontwerp-kruinhoogte voor 3 locaties langs de Oosterschelde; faalmechanisme golfoverslag 3 31
Kruinhoogte (m+nap) 9 8 7 SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 6 5 4 1 2 3 locatie Figuur 3.44 Ontwerp-kruinhoogte voor 3 locaties langs de Westerschelde; faalmechanisme golfoploop Kruinhoogte (m+nap) 6.5 6.0 5.5 SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 5.0 4.5 4.0 1 2 3 locatie Figuur 3.45 Ontwerp-kruinhoogte voor 3 locaties langs de Oosterschelde; faalmechanisme golfoploop 3 32
Tweede testronde (versie 3.01t) Figuur 3.46 t/m Figuur 3.49 tonen de resultaten voor de verschillende locaties en faalmechanismen in de tweede testronde. Wederom is er geen sprake van een eenduidige rangschikking tussen de standaardprofielen onderling. Er zijn duidelijk verschillen met de eerste testronde. Bijvoorbeeld in de Westerschelde komt de kruinhoogte van standaard profiel SP5 relatief hoog uit, terwijl deze in de eerste testronde nog altijd structureel laag uitkwam. Het belangrijkste verschil tussen de eerste en tweede testronde is het gebruik van PC- Overslag (eerste testronde) versus het gebruik van de oude overslagmodule van HYDRA-K (tweede testronde). Op basis van deze test kan geen aardeoordeel geveld worden over welke van de twee versies meer betrouwbare uitkomsten geeft. Kruinhoogte (m+nap) 10 9 8 7 SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 6 5 4 1 2 3 locatie Figuur 3.46 Ontwerp-kruinhoogte voor 3 locaties langs de Westerschelde; faalmechanisme golfoverslag 3 33