AIO-STV WEST- EN OOSTDIJK INTECH DIKE SECURITY SYSTEMS Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 1 van 12
Inhoudsopgave DEEL A FACTUAL REPORT... 3 1. ALGEMEEN:... 3 2. INSTRUMENTATIE EN INSTALLATIE... 4 3. VERLOOP EXPERIMENT... 5 Deel experiment West Dijk... 6 Deel experiment Oost Dijk... 9 DEEL B ANALYSE... 11 DEEL C VOORSPELLING... 12 WESTDIJK... 12 OOSTDIJK... 12 Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 2 van 12
Deel A Factual Report 1. Algemeen: InTech Dike Security Systems BV heeft een remote sensing techniek ontwikkeld om de kans van doorbraak van waterkeringen vroegtijdig te kunnen detecteren. Deze techniek berust op het op afstand meten van de uitstraling van infrarood van de waterkering met hoog resolutie infrarood sensoren in combinatie met speciaal ontwikkelde software. Met behulp van speciale software kunnen verschillende faalmechanismen zoals piping, micro-instabiliteit, overloop en golfoverslag in een vroeg stadium worden gedetecteerd. Doordat met deze techniek op afstand wordt gemeten wordt het dijklichaam niet verstoord of verzwakt. In de periode van augustus 2012 tot en met september 2012 is dit systeem ingezet voor de AIO-SVT experimenten op de Westdijk, de Oostdijk, de Zuiddijk en de Rivierenlandproef. Deze laatste proef maakt geen onderdeel uit van het AIO-SVT experiment en zal separaat worden geëvalueerd. Voor het verrichten van de metingen tijdens deze twee experimenten heeft InTech Dike Security Systems BV gebruik gemaakt van een mobiele meetopstelling. installatie mobiele meetopstelling en de twee proefdijken In deze rapportage worden per experiment de behaalde resultaten weergegeven en gevisualiseerd. Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 3 van 12
2. Instrumentatie en installatie Voor de AIO SVT experimenten is gebruik gemaakt van een door InTech ontwikkeld meetvoertuig. Op het meetvoertuig is telescoop mast van 12 meter bevestigd waarop de verschillende sensoren zijn bevestigd. Het voortuig is verder voorzien van een stabilisatiesysteem en een eigen stroom voorziening, draadloos internet verbinding, weerstation en drie computers servers voor data opslag en processing. Het voertuig is voorzien van een stabilisatiesysteem om een zo stabiel mogelijk beeld te verkrijgen. Om de camera s op afstand te kunnen bedienen is een draadloos communicatiesysteem met een HSDPA UMTS router geïnstalleerd. Hiermee is de data real-time verwerkbaar. Het volledig systeem bestaat uit de volgende onderdelen: drie servers voor opslag en bewerking van meetdata reserve energievoorziening (totaal 1000 Ampère-uur) met omschakelautomaat Telescoopmast ca 12,5 meter hoogte Stabilisatiesysteem meetvoertuig Draadloos Umts router en data communicatiesysteem 10 terra bite opslag capaciteit Weerstation (buitentemperatuur, luchtdruk, windsnelheid, windrichting, stralingswarmte, luchtvochtigheid en binnentemperatuur meetvoertuig) drie infrarood sensor systemen sensor Type sensor resolutie 1 2 3 Hoog resolutie thermisch infrarood (Long-Wave) Hoog resolutie thermisch infrarood (Long-Wave) Infrarood sensor Short-wave 640x480 640x480 320x256 Thermische gevoeligheid 0,05 graad 0,05 graad nvt Reikwijdte -20 120 C -20 120 C n.v.t. Video compressie 16 bit Digital output 16 bit Digital output 16 bit Digital output Functie in experiment Gemodificeerde thermische camera voor monitoring westdijk Gemodificeerde thermische camera voor monitoring oostdijk Experimentele meting met short wave infrarood Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 4 van 12
3. Verloop experiment Onderstaand is het verloop per experiment weergegeven en zijn omstandigheden vermeld die de meetresultaten hebben beïnvloed. Na afloop van ieder experiment is de meetdata bewerkt middels speciale software om het faalmechanisme beter te kunnen visualiseren en herkennen. Gedurende de experimenten heeft het systeem constant gedraaid. De frequentie van metingen/data opslag was tijdens de experimenten 1 meting per minuut. Gedurende het verloop van het experiment is de frequentie opgevoerd naar 1 meting per seconden om het mechanisme van doorbraak optimaal te kunnen vastleggen. Bij de westdijk is op 24 augustus de frequentie opgehoogd van 1 meting per minuut naar 1 metingen per seconde. Bij de oostdijk is op 26 augustus de frequentie van 1 meting per minuut verhoogd naar 1 meting per seconde. Server 3 (monitoringsysteem west dijk) was aangesloten op een touch screen. Deze heeft gedurende het experiment een kort periode in storing gestaan doordat een aantal muggen op het scherm zaten die verschillende applicaties hadden geopend en enkele hadden afgesloten, waaronder de bedieningsapplicatie van de infrarood sensor. Na constatering is de functie van het touch screen uitgezet. Ook tijdens een stroom-uitval op de meetlocatie heeft de ingebouwde noodstroom voorziening van het meetvoertuig de stroom voor dit meetsysteem geruisloos overgenomen. De tijd-instellingen op de drie servers zijn ingesteld op GMT. De tijd-instellingen bleken echter toch 1 uur te verschillen met de tijdnotatie van Deltares. Vermoedelijk heeft dit verschil te maken met zomer-winter tijd. Van alle experimenten is de meetdata achter elkaar geplaatst en in een filmformaat opgeslagen. Hiermee is het verloop van de faalmechanismen over het gehele experiment duidelijk te volgen. De weersomstandigheden hebben nagenoeg geen negatieve invloed gehad op deze proef. Ter plaatse van de oostdijk is zowel met shortwave infra rood als met longwave infrarood (thermisch-infrarood) gemeten. Momenteel zijn er nog geen bruikbare resultaten van de shortwave en zijn daarom niet opgenomen in deze rapportage. Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 5 van 12
Meetgebied van grafiek Bij de analyse van de beelden wordt gebruik gemaakt van thermische kleuren beelden. De kleuren corresponderen met gemeten temperatuur-waarden. Om de analyse te verduidelijken wordt er onder de afbeeldingen een grafiek weergegeven van het temperatuurverloop aan de teen van de dijk. Deel experiment West Dijk Op 21 augustus rond 14:00 uur is het experiment gestart. Een temperatuurbeeld van de start van de proef is opgenomen in de bijlage 1. Tevens zijn in bijlage 1 de rest van de temperatuurbeelden opgenomen. Vanaf 24 augustus rond 7:00 uur zijn beide drains van het DMC systeem geopend. Hierdoor wordt het piping proces wat opgang was gekomen gestopt en worden dan ook niet gedetecteerd door de infra rood sensoren. Pas nadat het DMC systeem weer worden gesloten (25 augustus), hersteld het piping proces zich en zijn de zandmeevoerende wellen direct zichtbaar. 25-8-12 13:43 Upper DMC tube closed. Op basis van de temperatuurmeting aan de teen van de dijk zijn geen zandmeevoerende wellen zichtbaar 25-8-12 15:00 Vrij direct na het sluiten van de DMC tube is er piping waar te nemen. Om 15:00 is de piping duidelijk detecteerbaar. Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 6 van 12
25-8-12 16:37 De activiteit van de zandmeevoerende wellen neemt verder toe 25-8-12 18:00 Activiteit van de wellen neemt af door vervorming van het dijklichaam. 25-8-12 20:00; zandmeevoerende wellen nemen verder af; microinstabiliteit (verzakking) en scheurvorming duidelijk zichtbaar aan oostzijde. Ook is er zowel aan de oostals aan de westzijde duidelijk achterloopsheid te zien. 26-08-12 00:00 De micro instabiliteit en scheurvorming is nu duidelijk te zien. Aan de westzijde ontstaat een nieuwe zandmeevoerende wel. Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 7 van 12
26-08-12 5:00 Micro-instabiliteit aan oostzijde neemt verder toe. Ook de activiteit van de zandmeevoerende wel aan de west zijde neemt toe. 26-8-12 8:25 Door micro instabiliteit bezwijkt de dijk waarna door overloop er een bres ontstaat. Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 8 van 12
Deel experiment Oost Dijk Op 21 augustus om 13:10 uur is het experiment gestart. De temperatuurbeelden van de proef zijn geanalyseerd. In deze paragraaf worden de bijzonderheden uiteengezet. De beelden die hierbij gebruikt worden zijn tevens in Bijlage 2 te vinden. Hierbij zit ook een afbeelding van de start van de proef. 24-8-12 19:40 Zodra het niveau in de bak omhoog wordt gebracht is de toename aan activiteit van de wellen in de grafiek direct zichtbaar. 26-08-12 7:27 Door de doorbraak van de westdijk wordt het verloop van het experiment van de oostdijk tijdelijk verstoord. Water en zand van de westdijk stoomt in het benedenstroomse bassin van de oostdijk Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 9 van 12
27-8-12 6:00 De waterstand bovenstrooms wordt steeds verder ophoog gebracht. Om 5:30 zakt het waterniveau van het benedenstroomse bassin. Hierdoor wordt het verhang groter en neemt de activiteit van de wellen toe. 27-8-12 8:30 Vanaf 8:00 is er micro instabiliteit zichtbaar aan de oostzijde. Direct na het verzakken is afnamen van de wellen zichtbaar. Om 8:30 zijn de wellen vrijwel verdwenen. 27-8-12 9:26 Micro instabiliteit zet zich door en veroorzaakt de dijkdoorbraak. De vervorming van de dijk is duidelijk waar te nemen wanneer veel beelden achter elkaar worden geplaatst (film-bestand). Deze vervorming is echter minder goed te visualiseren in een rapportage. Voorafgaand aan de doorbraak is duidelijk te zien dat grote delen van het dijklichaam volledig verzadigd zijn met water. Definitief raport AIO-SVT V02 IDS 12006 30 november 2012 10 van 12
Deel B Analyse In onderdeel A (factual report) is een overzicht gegeven van enkele meetmomenten van het experiment op de westdijk en oostdijk. Hiervoor is de 16 bit data omgezet naar 8-bit formaat. Per plaatje is en grafiek samengesteld die de temperatuur van de gehele teen van de dijk weergeeft. Hiermee worden de wellen en piping duidelijk zichtbaar gemaakt aan de hand van de temperatuur. Door middel van het infrarood systeem van InTech wordt de temperatuur van het bovenstroomse bassin (T1) en de temperatuur van het uittredend water (T2) gemeten(zie in onderstaand figuur). De temperatuur van de kern van de dijk (T3), is bepaald door de in-situ sensoren Wanneer het water door het onderliggende zandpakket stroomt, zal het onderliggende zandpakket energie uitwisselen met het water wat door dit pakket heen stroomt. Tijdens lage stroomsnelheden zal warmte/energie maximaal kunnen worden uitgewisseld. Bij hoge stroomsnelheden zal warmte/energie minimaal worden uitgewisseld. De temperatuur van het uittredend water staat dus onder invloed van de stroomsnelheid door het onderliggende zandpakket. Bij hoge stroomsnelheden zal tevens zand worden meegevoerd waarmee piping ontstaat. Op basis van de temperatuursverandering kan de uittredende stroomsnelheid nauwkeurig worden bepaald waarmee een voorspelling kan worden gedaan over de kans van doorbraak. Voor het bepalen van de fase waarin de kwel/pipe zich bevind is een model ontwikkeld. Hiermee kan de snelheid van het uittredende water worden bepaald waarmee een voorspelling wordt gedaan over de afname van de sterkte van de dijk. Voor dit model zijn echter een aantal literatuur waarden qua warmte geleiding van zand en klei gebruikt. Ondanks het gebruik van deze literatuurwaarden bleek de uitkomst van de gedane voorspellingen redelijk te kloppen (+/- half uur). Na afloop van het experiment zijn grondmonsters genomen om onder andere de warmte geleiding van het materiaal nader te onderzoeken in het laboratorium. Eindrapport meetverslag piping 02 IDS 12006 oktober 2012 11 van 12
Deel C Voorspelling Westdijk In de periode van het begin van het experiment op 21 augustus tot en met 25 augustus 2012 om 12:43 was het niet mogelijk om een zinvolle voorspelling te doen doordat de invloed van het DMC systeem de sterkte van de dijk beheerste. Pas na het uitzetten van het DMC systeem kwamen de faalmechanismen weer op gang. Op basis van de meetresultaten / analyse is een voorspelling gedaan en gemaild aan IJKDIJK. Later op de avond bleek het proces van micro-instabiliteit te versnellen waarna de voorspelling is bijgesteld. Echter vervolgens stabiliseerde de dijk zich weer waarna de voorspelling weer terug werd gezet op eerder gedane datum en tijd. Verschil tussen gedane voorspelling en feitelijke doorbraak bedroog c.a. een half uur. De voorspelling is te vinden in bijlage 3. Oostdijk Hier is enkel een informele voorspelling gedaan (morgen ochtend 10:00 uur) bij de proefleiding en niet per e-mail vastgelegd. Om 10:03 brak de dijk door. Eindrapport meetverslag piping 02 IDS 12006 oktober 2012 12 van 12