Uitkomsten
Dit project ontwikkelt betere methoden voor de beoordeling van de sterkte en betrouwbaarheid van dijken. Daarbij worden gegevens uit het verleden en experimenten benut om uiteindelijk het ontwerp van waterkeringen te kunnen verbeteren. Met de verbeterde methoden uit MSc en PhD research richten we op wat er in de ondergrond zit en hoe dit de prestaties van dijken beïnvloedt. Dijken kunnen falen als de eigenschappen van de ondergrond niet goed worden onderzocht en inspectie en onderhoud van de dijk niet goed worden uitgevoerd. Al met al hebben we geconcludeerd dat het belangrijk is om verder te kijken dan modellen en een bredere kijk te krijgen op wat de dijk beter laat presteren.
Boven en links onder: Falen van een keermuur bij de 17th Street Canal in New Orleans door Orkaan Katrina. (bron: Reslo et al. 2009 en IPET, 2005). Rechtsonder: Herbouwde keermuur New Orleans in 2013 (foto door Bianca Hardeman).
Motivatie en uitdagingen
Het zien van de ravage van overstroming van New Orleans in 2005 heeft een sterke motivatie gegeven om te werken aan dijkveiligheidsvraagstukken (foto rechtsonder in 2013). De gevolgen van overstroming waren zeer groot en indrukwekkend (foto boven en linksonder in 2005). Door deze gebeurtenis zag ik met eigen ogen de moeilijkheden van het voorspellen van dijkveiligheid en de noodzaak om onzekerheden in modellen te verminderen, zowel in het buitenland als in Nederland.
Enerzijds liet New Orleans zien dat faalmechanismen die vooral in Nederland in boeken en laboratoria voorkomen, ook in het echt op grote schaal tot overstromingen kunnen leiden. Anderzijds liet het ook zien dat het modelleren van deze faalgevallen veel meer inhoudt dan het toepassen van bekende rekenregels. Sterk onzekere ondergrondcondities bepalen de sterkte van de dijk. Bijvoorbeeld, heel dunne zwakke zones in de ondergrond waren de oorzaak van dijkinstabiliteit. Ontwerpers en beoordelaars van dijken dienen goed rekening te houden met de onzekere factoren die de sterkte van een dijk bepalen.
Innovatieve componenten
Ons onderzoek draagt bij aan het beter begrijpen van faalmechanismen om zo het ontwerp van waterkeringen te optimaliseren. Hierdoor kan er efficiënter en met beter ingepaste maatregelen worden voldaan aan de nieuwe hoogwaterbeschermingsnormen. Enkele onderwerpen waar ik als dagelijkse begeleider aan werk met de PhD onderzoekers zijn: (zie ook de verschillende projecten voor meer informatie):
Componenten zijn van boven: de dijkdoorbraak in Breitenhagen, Duitsland (bron: Weichel (2013); midden: het Flood Proof Holland piping experiment (bron: Pol et al. 2021, en onder: dijkversterkingen rond Kinderdjik in Zuid-Holland (bron: SAFELevee). De piping en dijkversterkingsmethoden zijn aangepast naar van Beek (2015).
- De tijdsafhankelijke ontwikkeling van faalmechanismes met Joost Pol (project D2). Hierin kijken we naar de snelheid van de progressie van het faalmechanisme piping. Dit is nodig om een inschatting te kunnen maken hoe lang het duurt voort dat falen optreedt door piping langs de kust (kort hoogwater) en rivieren (lang hoogwater).
- Een methode om de meest waarschijnlijk oorzaak van (oude) dijkdoorbraken te bepalen met Job Kool (tevens onderdeel van het onderzoeksproject SAFElevee). Hier ontwikkelen we een gestructureerde methode op basis van verschillende mogelijke faalscenario’s op basis van beschikbare data voor en na de doorbraak, om zo de meest waarschijnlijke oorzaak te bepalen. We hebben deze methode toegepast om de meest waarschijnlijke oorzaak van de Breitehagen dijkdoorbraak in Duitsland in 2013 te bepalen. De methode is generiek en dus ook toepasbaar op andere faalgevallen.
- Optimalisatie van dijkversterkingen met Wouter Jan Klerk (project A2). Hierin kijken we naar verschillende mogelijkheden om aan de norm te voldoen. Bijvoorbeeld door onzekerheden in ondergrond te reduceren of door het optimaal toepassen van dijkversterkingsmethoden.
Relevant voor wie en waar?
Ander onderzoekers geïnteresseerd in probabilistische analyses en faalmechanismes modellering. Organisatie die dijkversterkingen ontwerpen en autoriteiten die de ontwerpvoorwaarden vaststellen.
Het onderzoek vind plaats op enkele belangrijke locatie in Nederland het buitenland om data van ondergrond en dijkopbouw, historische gegeven en experimenten te gebruiken voor de optimalisatie van veiligheidsanalyses van dijken.
Voortgang en toepassing
Voor een gedetailleerde beschrijving van de voortgang en bevindingen, klik op de link naar de outputs hieronder. De analyse van de 2013 doorbraak van de Breitenhagen dijk in Duitsland laat zien dat de meest waarschijnlijke oorzaak een oude doorbraak is. Dit zorgde waarschijnlijk voor erosie van de deklaag voor de nieuwe dijk, met als resultaat een directe connectie tussen rivier en de zandlaag onder de dijk, met als gevolg sterk toenemende waterdrukken. Welke weer voor instabiliteit van de dijk zorgen.
Door het meenemen van tijdsafhankelijke piping progressie bij veiligheidsanalyses kan er vooral winst worden geboekt bij zeedijken door de kortdurende belasting waardoor piping niet tot ontwikkeling kan komen. Voor de langer durende belasting op rivierdijken is er nog steeds een groot tijdsverschil tussen begin van erosie en dijkdoorbraak, wat belangrijk is om te weten voor inzetbaarheid van noodmaatregelen.
Het gebruik van grondwaterspanningsmetingen voor laat zien dat een waardevolle reductie van onzekerheden kan zijn, maar vooral als hierdoor soort dijkversterking verandert.
Aanbevelingen van All-Risk:
- Kijk voorbij de modellen door de geschiedenis van de dijkondergrond en andere informatiebronnen zoals analyses van historische dijkdoorbraken mee te nemen, om beter te begrijpen hoe de dijk presteert.
- Oude dijkdoorbraken en voormalige riviermeanders zijn de meest kritische dijkvakken.
- Neem inspecties serieuzer.
- Doe meer moeite om piping te begrijpen.
- Casestudy’s zouden meer centraal moeten staan in de ontwikkeling van instrumenten voor dijkbeoordeling.
Last modified: 27/02/2022
Contributing researchers
Wim Kanning
TU Delft Universiteit
Project outputs
Forensic analysis of levee failures: The Breitenhagen case
Generic steps to derive most likely failure scenarios from data prior, during and after a levee breach in Germany in 2013.
25/11/2019 by Wim Kanning et al.
Bevat: Publication upon journal access
A Bayesian hindcasting method of levee failures: The Breitenhagen case
Het terugrekenen van dijkfalen om zo de meest waarschijnlijke oorzaak te achterhalen op basis van beperkt informatie.
03/09/2020 by Wim Kanning et al.
Bevat: Publication open access journal
Reliability-based partial factors for flood defences
Kalibratie van partiele veiligheidsfactoren om te zorgen voor consistentie tussen probabilistische analyses (faalkansberekening) en semi-probabilistische analyses (op basis van veiligheidsfactoren) op doorsnede en systeemniveau.
20/07/2019 by Wim Kanning et al.
Bevat: Publication upon journal access
Bayesian inference of piping model uncertainties based on field observations
Methode om piping modelonzekerheden te schatten gebaseerd op veldobservaties.
11/12/2019 by Wim Kanning et al.
Bevat: Conference proceedings
Also applicable to this project
Temporal Development of Backward Erosion Piping in a Large-Scale Experiment
Monitoren van de ontwikkeling van piping in een proefdijk op grote schaal, voor een betere inschatting van de tijd tot fallen en het valideren van pipingmodellen.
04/12/2020 by Joost Pol et al.
ID)->name?>
Contains: Publication upon journal access
Influence of monitoring on investment planning of flood defence systems
Verkenning van de waarde van monitoring in de context van een optimale versterkingsstrategie op dijktrajectniveau.
11/12/2019 by Dr. Wouter Jan Klerk et al.
ID)->name?>
Contains: Conference proceedings
Time-dependent reliability in flood protection decision making in the Netherlands
Verkenning van de effecten van verschillende faalkansdefinities en het effect van correlaties in de tijd hierop.
17/06/2018 by Dr. Wouter Jan Klerk et al.
ID)->name?>
Contains: Conference proceedings
Bekijk het ResearchGate profiel voor alle andere onderzoekspublicaties.
Blogs
All-Risk in de praktijk brengen: de aanbevelingen van Martin
08/10/2020 door Wim Kanning
Dit blog is gebaseerd op een informeel interview tussen Martin Schepers (manager waterveiligheidsprojecten) en Wim Kanning (All-Risk onderzoeker) over de ontwikkeling van het All-risk...
