| Organisatie | Waterschap De Dommel |
|---|---|
| Organisatietype | Waterschap |
| Officiële naam regeling | Beleidsregel Ontwerpuitgangspunten regionale keringen |
| Citeertitel | Beleidsregel Ontwerpuitgangspunten regionale keringen |
| Vastgesteld door | dagelijks bestuur |
| Onderwerp | bestuur en recht |
| Eigen onderwerp |
Geen
N.v.t.
Datum inwerkingtreding | Terugwerkende kracht tot en met | Datum uitwerkingtreding | Betreft | Datum ondertekening Bron bekendmaking | Kenmerk voorstel |
|---|---|---|---|---|---|
| 22-06-2016 | nieuwe regeling | 07-06-2016 waterschapsblad Editie 1484|22 juni 2016 | Z41473 |
De volgende ontwerpuitgangspunten komen in deze memo aan bod:
Deze ontwerpuitgangspunten zijn besproken in reguliere overleggen met vertegenwoordigers van de drie Brabantse waterschappen (WAM, WBD en WDD). Deze memo wordt afgesloten met het ontwerp van de keringen in relatie tot mogelijke faalmechanismen. Alles wat Waterschap De Dommel aangaat is in deze memo geel gearceerd.
Een stukje historie: Van uitgekiend ontwerpen naar robuust ontwerpen
De noodzaak om dijken te versterken binnen 10 jaar na de vorige versterkingsronde leidde tot veel weerstand. Geleidelijk ontstond het besef, dat uitgekiend ontwerpen zoals gehanteerd bij de dijkverbeteringen eind 90-er jaren, geen goede strategie is voor de toekomst, waarin rekening moet worden gehouden met een verdere toename van hydraulische belastingen op de dijken in verband met onder meer klimaatverandering. Ook bodemdaling speelt hierbij een rol van betekenis.
Met de vaststelling van de leidraad Rivieren in 2007 is de omslag gemaakt van uitgekiend ontwerpen naar het maken van ontwerpen, waarbij meer rekening wordt gehouden met onzekerheden en wordt gestreefd naar meer robuustheid in het ontwerp. Sinds 2007 is het beleid bij de primaire waterkeringen erop gericht om bij de veiligheidstoetsing een maximale (onderzoeks)inspanning te leveren om tot goedkeuren van de waterkering te komen, maar als na die inspanning toch duidelijk is dat een waterkering verbeterd moet worden, dan bij voorkeur op basis van een robuust ontwerp, zodat bij een (beperkte) wijziging van randvoorwaarden niet direct hoeft te worden afgekeurd. Zo is het devies sinds enkele jaren om uitgekiend te toetsen en robuust te ontwerpen.
Wat verstaat men onder robuust ontwerpen?
In de tweede helft van het vorig decennium is uitgebreid studie verricht naar wat een goede definitie zou zijn voor robuust ontwerpen. Dat heeft in de Leidraad Rivieren geleid tot een afzonderlijk hoofdstuk over robuust ontwerpen (hoofdstuk 5). Er wordt uitgebreid ingegaan op aspecten die een rol spelen bij robuust ontwerpen. Aangegeven wordt dat rekening moet worden gehouden met onzekerheden, bijv. onzekerheden in de hydraulische belastingen en onzekerheden in de sterkte van waterkeringen. Bij een robuust ontwerp wordt ook de uitbreidbaarheid van de kering van groot belang geacht. Er zijn drie eisen voor robuust ontwerpen vermeld:
De dijk wordt ontworpen op de ontwerpwaterstand (dus niet op de toetswaterstand). De ontwerpwaterstand is de maatgevende hoogwaterstand aan het einde van de planperiode plus een toeslag van 0,30 m. Deze toeslag is mede bedoeld om onzekerheden in de waterstanden op te vangen. De kering moet bij alle faalmechanismen berekend zijn op de maatgevende hoogwaterstand plus de toeslag van 0,30 m.
Een ontwerp moet in principe uitbreidbaar zijn. De ontwerper mag alleen afwijken van een uitbreidbaar ontwerp als daar zwaarwegende argumenten voor zijn, bijvoorbeeld als de kosten van een uitbreidbaar ontwerp onevenredig hoog zijn in vergelijking met een niet uitbreidbaar ontwerp. Een redelijke maat voor de uitbreidbaarheid is dat de toekomstige uitbreiding dezelfde orde van grootte heeft als de huidige dijkversterking.
Een nadere technische uitwerking van het begrip robuust ontwerpen bij rivierdijken is gegeven in het Addendum I bij de Leidraad Rivieren, dat in december 2008 verscheen.
In 2009 is een addendum bij de Leidraad Zee- en Meerdijken verschenen, waarin ook voor deze primaire waterkeringen het begrip robuust ontwerpen nader is uitgewerkt.
Robuust ontwerpen regionale waterkeringen
In Nederland worden verschillende typen regionale waterkeringen onderscheiden, waaronder waterkeringen langs regionale rivieren. Daartoe behoren ook de waterkeringen langs het Mark-Vlietsysteem in West-Brabant. Voor waterkeringen langs regionale rivieren is in 2009 als onderdeel van het ontwikkelingsprogramma regionale waterkeringen de Handreiking Ontwerpen & Verbeteren Waterkeringen langs regionale rivieren uitgegeven. Deze handreiking is opgesteld door Stowa in opdracht van het IPO (Inter Provinciaal Overleg) en de Unie van Waterschappen.
In deze handreiking is een paragraaf gewijd aan robuust ontwerpen (par. 5.2.7). Deze paragraaf vertoont veel overeenkomsten met hetgeen over robuust ontwerpen is geschreven in de Leidraad Rivieren.
De term robuust is vooral verbonden met de aspecten onzekerheid en uitbreidbaarheid. Voorbeelden van technische onzekerheden zijn:
De handreiking geeft aan, dat bij het bepalen van de ontwerpwaterstand rekening moet worden gehouden met het effect van klimaatverandering.
In de handreiking wordt aanbevolen ook bij waterkeringen langs regionale rivieren een robuustheidstoeslag op de waterstand toe te passen, met name voor regionale waterkeringen in de hogere veiligheidsklassen. Aanbevolen wordt echter ook voor keringen in de lagere klassen een toeslag toe te passen, met name indien er onzekerheid bestaat over de berekende ontwerpwaterstand.
In de handreiking wordt niet concreet aangegeven welke robuustheidstoeslag moet worden aangehouden bij de verschillende veiligheidsklassen. De handreiking geeft overigens aan, dat het verstandig is te anticiperen op andere veiligheidsnormen binnen de planperiode wanneer er ontwikkelingen in een gebied gepland worden of concreet al plaatsvinden.
Bovenstaande leidt voor het ontwerp van de te verbeteren dijktrajecten tot het volgende:
Op basis van onzekerheden in waterstandsvoorspellingen, statistiek etc. wordt hier voor de T150 gekozen voor een robuustheidstoeslag van 0,30 m.
Voor de waterkeringen langs regionale rivieren in West-Brabant zijn vooralsnog alleen de actuele maatgevende waterstanden beschikbaar, d.w.z. toetspeilen. Het ontwerp van een waterkering moet gebaseerd zijn op het ontwerppeil en niet op het toetspeil. In het ontwerppeil wordt rekening gehouden met veranderingen en onzekerheden gedurende de planperiode (voor dijken gewoonlijk minimaal 50 jaar). Dat is bij het toetspeil niet het geval.
Door het ontbreken van ontwerppeilen, wordt voor het ontwerp vooralsnog uitgegaan van de toetspeilen. Het ontbreken of niet gebruiken van ontwerppeilen voor het ontwerp van de waterkeringen brengt onzekerheid met zich mee. Daarnaast spelen ook andere onzekerheden een rol.
Gezien de onzekerheden in afvoer en waterstanden wordt de maximale waarde van 0,30 m voor de robuustheidstoeslag gehanteerd, zoals die wordt vermeld in genoemde leidraden en handreikingen voor alle waterkeringen langs regionale rivieren in West-Brabant voor zover de T100 maatgevend is.
Voor de T100 situatie kan op het traject benedenstrooms gemaal Halle (t.h.v. Etten-Leur) nog een nadere optimalisatie worden toegepast. Op dit traject zijn de onzekerheden mede in relatie tot het flauwe verloop van de verhanglijn dermate gering dat met een robuustheidstoeslag van 0,10 m kan worden volstaan.
Naar de invloed van klimaatveranderingen in het beheersgebied van het waterschap Brabantse Delta is onderzoek gedaan. Uit de studie Douben & Maijers ( 2010) is gebleken dat het effect van klimaatveranderingen op de peilen in 2050 ( G=scenario) relatief gering is en zich in de bovenstroomse delen van de Mark-Vliet-boezem beperkt tot orde grootte enkele cm’ s. Benedenstrooms worden vrijwel geen veranderingen verwacht.
Daarnaast is het van belang dat het beleid van het waterschap is dat effecten van klimaatveranderingen in de verschillende deelstroomgebieden ( IGA-gebieden) zelf wordt opgevangen.
Op deze wijze zal de robuustheidstoeslag dus slechts in beperkte mate opgesoupeerd worden door klimaat veranderingen.
De wijze waarop het T2000-combi peil is ontstaan als zijnde het samenvallen van een T10-gebeurtenis (afvoer/neerslag) op het Mark-Dintel-Vlietstelsel met een benedenstroomse stremming van de afvoer a.g.v. inzet Volkerak-Zoommeer als bergingsgebied ( 1x per 500 jaar), biedt een grotere mate van zekerheid voor de te verwachten (stilstaande) waterstand dan de T100 situatie. De T100 is afvoergedomineerd en de T2000-combi is peilgedomineerd.
Voor die trajecten waar de T2000-combi maatgevend is, wordt daarom een robuustheidstoeslag van 0,10 m gehanteerd. Er zijn voor de T2000-combi immers nauwkeurigere uitspraken te doen dan voor de T100-situatie.
Overeenkomstig de aanbeveling in de handreiking wordt voor alle wateren rekening gehouden met een robuustheidstoeslag van 0,30 m, met name wanneer er onzekerheid bestaat over de berekende ontwerpwaterstand.
2] Overslagdebiet 0,1 l/s/m of 1 l/s/m.
Bij het ontwerpen van een dijk bepaalt het toelaatbaar geachte overslagdebiet de hoogte van de kruin.
Als ontwerpuitgangspunt moet er dus een keuze gemaakt worden tussen Q= 0,1 l/s/m of 1 l/s/m.
De regionale keringen zijn getoetst op een overslagdebiet van 0,1 l/s/m en blijken voldoende hoog. De keuze voor het te hanteren overslagdebiet is hier niet relevant. Een overslagdebiet van maximaal 1 l/s/m biedt voldoende ruimte in maatwerk. Als de dijk een overhoogte kent zal deze overhoogte niet afgegraven worden.
Voor de te ontwerpen regionale keringen betekent de keuze tussen 0,1 l/s/m of 1 l/s/m in het beheersgebied van WBD praktisch gesproken een verschil van ca. 0,20 m in kruinhoogte.
Hoe om te gaan met deze mogelijkheden?
Ad1) Door de keuze van een hoger overslagdebiet (1 l/s/m i.p.v. 0,1 l/s/m) kan de te ontwerpen kruin ca. 0,20 m lager komen te liggen. De investeringskosten worden daarmee lager. Echter, de lagere kruin zal i.v.m. de eisen aan erosiebestendigheid meer aandacht en onderhoud vragen van het achterliggende binnentalud/berm. Ook de toetsing zal meer inspanning vergen. Een groot deel van de regionale keringen is in eigendom bij derden. De winst in investering zal op moeten wegen tegen de toename van de beheerkosten.
Ad2) De investeringskosten worden niet gewijzigd. Bij deze variant zit de “winst” in geringere kosten voor beheer ( vb. toekomstige toetsingen) en onderhoud ( minder aandacht, minder maaien).
Gebleken is dat de extra beheerkosten (ca. € 1500,-/ha) niet opwegen tegen de geringere investeringskosten van een wat lagere nieuwe dijk.
Daarom wordt als uitgangspunt gekozen voor een overslagdebiet van 1 l/s/m met maatwerk op plaatsen waar beheer en onderhoud complex is/wordt.
Waterschap de Dommel hanteert een overslagdebiet van maximaal 1 l/m/s omdat de keringen in het gebied extensief worden gebruikt (bereden) waardoor de bekleding relatief weinig lijdt. Ook hier is een afweging gemaakt tussen de hogere investeringskosten bij een lager overslagdebiet en dus een hogere dijk en een hoger overslagdebiet met intensiever beheer en onderhoud.
De windsnelheden voor regionale keringen langs rivieren zijn gegeven in bijlage 8 van
de Leidraad Toetsen op Veiligheid (LTV RK) . De mogelijkheden zijn om uit te gaan van 16 m/s omni-directioneel of maatgevende windsnelheden per windrichting, variërend tussen 12-15 m/s.
Waterschap Aa en Maas heeft besloten uit te gaan van 16 m/s omni-directioneel conform reeds ontworpen waterkeringen. Dit is een conservatief uitgangspunt dat mede tot gevolg heeft dat de
benodigde hoogten aan beide zijden van een rivier of waterloop weinig verschillen. Dit uitgangspunt is al gehanteerd bij het opstellen van de hydraulische randvoorwaarden voor de toetsing en de legger.
De regionale waterkeringen langs de regionale rivieren in West-Brabant zijn door hun ligging (relatief grotere wateroppervlakten/strijklengten, hogere windsnelheden) wat gevoeliger voor windveld/windsnelheden.
Daarbij is speelt de interpretatie van het begrip T100 een rol.
Het gaat hier om de wijze waarop omgegaan wordt met (on)afhankelijke factoren zoals afvoer en wind. Bij berekening van de huidige T100-toetspeilen is uitgegaan van een T100 –afvoer en een T100-windsnelheid.Bij volledige onafhankelijke variabelen levert dit een kans van samenvallen op van 100 x 100 oftewel T10000.
De leidraden bieden geen absolute zekerheid maar geven wel aan dat een combinatie van een T100 –afvoer met een T100-windsnelheid een conservatieve/veilige combinatie is.
Op basis van een gevoeligheidsanalyse (Klaas-Jan Douben, 11 okt. 2013) wordt duidelijk dat er ca. 30 dijkvakken zijn waarin de keuze voor een specifieke windsnelheid relevant kan zijn. In het algemeen is het verschil tussen T10 en T100 ca. 5-20 cm.
Daarnaast zijn er enkele dijkvakken die m.b.t hoogte van de hydraulische toeslagen zeer gevoelig zijn voor de keuze van de windsnelheid.
Indien 1 maatgevende windsnelheid wordt gehanteerd, wordt er geen rekening gehouden met de windrichting waaruit de wind waait. Bij de statistische afleiding van extreem hoge windsnelheden zijn alle gemeten windsnelheden gehanteerd, ongeacht de windrichting. Dit is een erg ongunstig uitgangspunt en derhalve conservatief.
In werkelijkheid is de wind verdeeld over verschillende windrichtingen. Ten aanzien van de maatgevende windsnelheid is gebruik gemaakt van een maatgevende windsnelheid per windrichting. Daarbij is onderkend dat de wind is verdeeld over verschillende windrichtingen en dat de optredende windsnelheden daarbij niet gelijk zijn verdeeld over de windrichtingen.
Per windrichting is een maatgevende windsnelheid bepaald. Een dergelijke verdeling geldt specifiek voor een bepaalde locatie. Voor het beheersgebied van waterschap Brabantse Delta is uitgegaan van het KNMI weerstation te Gilze-Rijen.
Tegelijkertijd is op basis van een analyse van statistische gegevens nagegaan in welke maanden hoge afvoeren kunnen voorkomen en welke windsnelheden in die maanden op kunnen treden. Hoogwaters blijken zich met name voor te doen in de periode november-maart.
Gebleken is dat de maatgevende situaties voor alle windrichtingen zich in de maand januari voordoen en dat daarbij de maatgevende windsnelheid voor alle beschouwde windrichtingen gelijk is nl. 15,5 m/s voor een herhalingstijd van 1:10.
Ter indicatie, de maatgevende windsnelheden voor de T100 situatie bedragen 22,5, 19,5 en 16,5 m/s voor respectievelijk zuidwesten, westen en noordwesten.
Bedenk bij bovenstaande dat robuustheidstoeslag, overslagdebiet en windsnelheid een directe invloed hebben op de hoogte van de te ontwerpen dijk. Voor problemen m.b.t. piping/stabiliteit zijn windsnelheid en overslagdebiet niet relevant en is ook de robuustheidstoeslag slechts in beperkte mate relevant. “Winst” is dan met name te halen bij dijktrajecten die te laag zijn.
Kortom, een keuze voor T10 is voor de hand liggend. Een T1 windsnelheid is te “optimistisch” in dit laaggelegen polderlandschap en strookt niet met het voorstel in bijlage 8 van de Leidraad Toetsen op veiligheid regionale waterkeringen. Op basis van bovenstaande wordt gekozen voor een windsnelheid van 15,5 m/s voor alle windrichtingen waarmee aangesloten kan worden met de LTV en resulteert in een windsnelheid van 16 m/s omni-directioneel.
De windsnelheden voor regionale keringen langs rivieren zijn gegeven in bijlage 8 van de LTV RK. De mogelijkheden zijn om uit te gaan van 16 m/s omni-directioneel of maatgevende windsnelheden per windrichting, variërend tussen 12 en 15 m/s. Waterschap De Dommel gaat uit van 16 m/s omni-directioneel conform reeds ontworpen waterkeringen. Dit is een conservatief uitgangspunt dat mede tot gevolg heeft dat de benodigde hoogten aan beide zijden van een rivier of waterloop weinig verschillen. Dit uitgangspunt is al gehanteerd bij het opstellen van de hydraulische randvoorwaarden voor de toetsing en de legger.
Minimaal 3 meter. De leidraad toetsen regionale keringen biedt de mogelijkheid om vanuit veiligheidsperspectief een kruinbreedte te hanteren van 1,5m. Hiermee is voldoende dijklichaam aanwezig om te voldoen aan de norm. Vanuit calamiteitenperspectief en bereikbaarheid gaat waterschap Aa en Maas echter uit van een kruinbreedte van 3m. Dit maakt het mogelijk om tijdens calamiteiten en voor beheer en onderhoud over de dijk te kunnen rijden.
Wanneer een dijk wordt versterkt moet deze minimaal aansluiten op de aanliggende dijk. Dit om te voorkomen dat de dijken op dezelfde strekking te divers in omvang zijn
Uitgangspunt is een kruinbreedte van 3 m. Daar waar op de kruin een openbare weg ligt, zal de kruinbreedte aangepast worden
De leidraad toetsen regionale keringen biedt de mogelijkheid om vanuit veiligheidsperspectief een kruinbreedte te hanteren van 1,5 m. Hiermee is voldoende dijklichaam aanwezig om te voldoen aan de norm. Vanuit calamiteitenperspectief en bereikbaarheid gaat waterschap De Dommel echter uit van een kruinbreedte van 3 m. Dit maakt het mogelijk om tijdens calamiteiten en voor beheer en onderhoud over de dijk te kunnen rijden. Voor de kruin van de nieuwe regionale keringen wordt een breedte aangehouden van 3 m.
Ontwerp m.b.t. faalmechanismen
De regionale keringen zijn getoetst op 4 faalmechanismen: hoogte (HT), Macrostabiliteit buitenwaarts (STBU), Macrostabiliteit binnenwaarts (STBI) en Piping en heave (STPH). Dit zijn de overheersende en meest kritische faalmechanismen. Het betekent echter dat er niet op andere faalmechanismen is getoetst. Wanneer een dijktraject is afgekeurd is het streven om te ontwerpen op alle faalmechanismen. Dit om te voorkomen dat in de volgende toetsronde hetzelfde dijktraject wordt afgekeurd op een ander faalmechanisme. Kabels en leidingen vormen hier qua kosten een risico en dat zal goed in beeld gebracht moeten worden bij een dijkontwerp voordat de definitieve keuze gemaakt wordt om op alle faalmechanismen te verbeteren
De ontwerphoogte van een nieuwe regionale waterkering wordt bepaald door de stilwaterstand vermeerderd met een aantal toeslagen.
In onderstaande wordt een opsomming gegeven alsmede de plaats in de “verticale kolom” vanaf stilwaterstand tot ontwerphoogte van de kruin
Voor het ontwerp van een dijk wordt uitgegaan van het maatgevend hoogwater (MHW) dat is bepaald voor de levensduur van de dijk (30-50-jaar).
Wanneer slechts een toetspeil bekend is, dat normaal gesproken geldt voor een termijn van ca. 5 jaar, zal bij het toetspeil een toeslag opgeteld moeten worden voor verwachte klimaateffecten in deze periode van 30-50 jaar. Op deze wijze ontstaat het MHW. Als er geen klimaateffecten worden verwacht is het toetspeil gelijk aan het MHW.
Voor het ontwerpen wordt een robuustheidstoeslag gehanteerd. Deze toeslag uitgedrukt in meters wordt bij bovenstaande ontwerpwaterstand opgeteld. Zo ontstaat een basis voor de berekening van de hydraulische belasting.
Vervolgens wordt de hydraulische belasting berekend. De invloed van windsnelheid en windrichting bepaalt in belangrijke mate de grootte van deze belasting. De waarde van deze belasting wordt de (vereiste) waakhoogte genoemd. Als drempel voor deze waarde geldt een minimum waakhoogte.
De hydraulische belasting wordt uiteindelijk uitgedrukt in een toeslag in meters.
De som van bovenstaande levert de ontwerphoogte van de kruin van de dijk.
Bovenop de ontwerphoogte worden nog de effecten van klink, zetting en lokale bodemdaling geteld waarna uiteindelijk de aanleghoogte van de dijk bekend is.
Ter ondersteuning is in onderstaande een definitie gegeven van de meest gebruikelijke begrippen.
Bovenstaande heeft uiteindelijk geleid tot onderstaand overzicht.
Drie aanscherpingen van de Handreiking Ontwerpen & Verbeteren Waterkeringen langs regionale rivieren