Share

Feedback

News

Get updated about news, events and contributors experiences

Reflectie: Naar een realistische inschatting van weerstand tegen golfoverslag

Posted at 10/06/2021 by Dr. Jord Warmink

Golfoverslag zorgt voor een hoge belasting op de dijkbekleding en kan leiden tot erosie van de grasmat. Het onderzoek naar overslag binnen het All-Risk project heeft zich gefocust op twee aspecten: maatregelen op het buitentalud en maatregelen op het binnentalud.

Contact details

Dr. Jord Warmink

Twente Universiteit

*Deze reflectie kwam naar voren uit de discussie tussen het webinar team en de 28 tot 46 deelnemers tijdens het All-Risk webinar georganiseerd op 10 juni 2021.

Wilt u de presentaties van het webinar team bekijken? Je kunt ze bekijken in bovenstaande video.

De hoeveelheid overslag en daardoor de belasting kan worden verminderd door middel van een buitentalud met een berm in combinatie met ruwheidselementen. Weiqiu Chen heeft experimenten en numerieke simulaties uitgevoerd om de bestaande empirische formules voor golfoverslag te verbeteren om beide elementen mee te nemen. Daarnaast is er binnen All-Risk gekeken naar het effect van overgangen op de belasting en erosie op het binnentalud. Vera van Bergeijk heeft verschillende modellen ontwikkelt om meer inzicht te krijgen in de belasting en erosie van overslaande golven bij overgangen. Deze twee aspecten zijn gecombineerd in een case van Hillblock waarbij een model is ontwikkeld om de belasting op de dijkbekleding langs het hele dijk profiel te bereken. Deze inzichten in de belastingen worden gebruikt om blokken te ontwikkelen voor zowel het buiten als het binnentalud.

De discussie

De maximale hoeveelheid golfoverslag die is toegestaan wordt uitgedrukt in het kritisch overslag debiet, een mate voor de hoeveelheid water die er per seconde over een dijk mag stromen zonder dat de dijk bekleding faalt. Falen van de dijkbekleding is gedefinieerd als het overschrijden van 20 cm erosie, gerelateerd aan de diepte van de toplaag waar de wortels van de grasbekleding voor extra sterkte zorgen. Momenteel is 10 l/s/m het maximum overslagdebiet waarmee ontworpen wordt, ondanks dat overslag experimenten hebben aangetoond dat de grasbekleding grotere hoeveelheden kan weerstaan. De deelnemers staan positief tegenover het toelaten van een hoger overslag debiet mits de grasmat dat aankan. Dat het niet mogelijk is om bij zulke hoge hoeveelheden inspecties en noodmaatregelen uit te voeren wordt niet als een probleem gezien, omdat er geen inspecties plaatsvinden tijdens maatgevende condities en het waarschijnlijk te laat is voor noodmaatregelen bij zulke grote hoeveelheden overslag.

Er zijn verschillende manieren om een dijk te versterken die is afgekeurd voor golfoverslag waaronder het verbeteren van de kwaliteit van de grasmat, het reduceren van de golfbelasting, zwakke punten zoals overgangen versterken of het verhogen van de dijk. De beste manier van versterken hangt af van de situatie, zo is er voor rivierdijken weinig winst te behalen met een ruwer buitentalud. Zwakke punten versterken en verbeteren kwaliteit grasmat worden als interessante opties gezien als er weinig ruimte is om de dijk te versterken. Het effect van de bovengenoemde opties blijft echter onzeker, terwijl het verhogen van een dijk altijd werkt om de hoeveelheid overslag te reduceren, maar tegen welke kosten?

Kennisontwikkeling en inspectie/monitoring worden vooral genoemd om de risico’s en kennis onzekerheden af te dekken. Er zijn weinig observaties van overslag over het binnentalud, naast experimenten met de golfoverslagsimulator, maar kennis over de sterkte van de grasmat kan wel bij golfoploop worden bestudeerd. De kwaliteit en beschadigingen van de grasmat zijn bovendien makkelijker te inspecteren op het moment dat er geen overslag plaatsvindt. De overslag simulator is een nuttige manier om kennis te ontwikkelen tijdens maatgevende condities.

De grootste onzekerheden worden gezien m.b.t. overgangen en waterstanden en kunnen daardoor een bedreiging vormen voor de toekomst. Droogte lijkt een minder grote bedreiging: afgelopen zomer is er gezien dat de gras mat bruin kleurde door de droogte, maar de wortelstructuur die voor de meeste weerstand zorgt was niet aangetast. Andere uitdagingen zijn kennis over erosie processen zoals reststerkte, head-cut en het beheer van overgangen en de grasmat. Ook zijn er maatschappelijke uitdagingen m.b.t. de multifunctionaliteit van dijken over het gebruik van ruimte en de omgang met de verschillende belangen.

Naar een realistische inschatting van weerstand tegen golfoverslag?

De dijkbekleding faalt volgens de huidige definitie als er meer dan 20 cm erosie plaatsvind ondanks dat de dijk nog steeds zijn functie vervuld. De faaldefinitie kan realistischer en minder conservatief worden door de sterkte van de onderliggende kleilagen mee te nemen. Echter is er nog veel onzeker over de erosie processen nadat de bovenste 20 cm is geërodeerd en daarbij is de sterkte van de overige grondlagen voor overslag niet bekend. Meer kennis op deze twee punten is nodig voordat de faaldefinitie kan worden uitgebreid. Dit werd ook duidelijk in de webinar waar men aangaf dat het essentieel is om meer kennis te krijgen over de gehele dijkbekleding (grasbekleding en onderliggende kleilaag) om de dijken meer toekomstbestendiger te maken. Ook meer kennis over de sterkte van de kern is wenselijk, omdat het op dit moment nog niet bekend is wat er met de kern van de dijk gebeurt tijdens overslag en in hoeverre de kern van de dijk bijdraagt aan de reststerkte. Dit geldt specifiek voor rivierdijken waar de sterkte van de kern essentieel is om minder te verstevigen en er dus de meeste winst valt te halen als we de sterkte van de kern mee kunnen nemen in de beoordeling.

About experiments and numerical models

Golfoverslagexperimenten geven veel inzicht in de belasting die de grasmat kan hebben. Echter zijn deze experimenten duur en is het vaak niet mogelijk om de dijkgeometrie aan te passen. Dit betekent dat de resultaten vaak alleen toepasbaar zijn voor de omstandigheden die getest zijn. Daarnaast is uit overslagexperimenten gebleken dat de dijkbekleding vaak faalt bij anomalieën (bijv. muizen, mollengangen of overgangen). In die gevallen is het lastig de sterkte van de dijkbekleding te bepalen. Modellen kunnen helpen om de resultaten, zoals formules en rekenmethodes, uit te breiden voor andere condities en/of dijk geometrieën. Ook kunnen modellen ingezet worden om het faalproces van de dijkbekleding beter te begrijpen. Een voorbeeld hiervan is het uitbreiden van de overslag formules zodat het effect van een berm en ruwheidselementen op het buitentalud nauwkeuriger kunnen worden berekend. Daarnaast zijn modellen nuttig om de processen te bestuderen en inzicht te krijgen in de belasting op de bekleding die vaak lastig te meten is bij experimenten. In een model kan elk proces afzonderlijk bestudeerd worden om inzicht te krijgen in het dominante proces bij overgangen. Een voorbeeld hiervan is het effect van turbulentie dat zeer lastig te meten is onder overslaande golfcondities. Het doorrekenen van experimenten met numerieke modellen biedt de mogelijkheid om de turbulentie intensiteit te bepalen om zo meer inzicht te krijgen in de belasting en sterkte van de grasbekleding.

Tijdens deze webinar is het duidelijk geworden dat men open staat voor het toelaten van meer overslag en dat er een sterke wens is om reststerkte beter mee te nemen in de huidige beoordeling. Hiervoor mist echter nog wel de kennis over het erosieproces bij zowel overgangen, beschadigingen in het dijkprofiel en de sterkte van de kleilaag onder de grasbekleding.

Aanbevelingen All-Risk:

  • Numerieke modellen kunnen gebruikt worden om rekenmethodes uit te breiden buiten het getoetste gebied en om inzicht te krijgen in de belangrijke processen.
  • Combinatie van berm en ruwheidselementen op het buitentalud kunnen de hoeveelheid overslag verminderen. Dit effect kan nauwkeuriger worden berekend met de nieuwe formules.
  • Het is belangrijk om de belasting en erosie langs de kruin en binnentalud door te rekenen, omdat het van tevoren niet altijd duidelijk is wat de zwakste plek langs het dijkprofiel is en overgangen ook een effect hebben op de stroming benedenstrooms.
  • Meer onderzoek naar de sterkte van het gras, de onderliggende kleilaag en de kern kan helpen om de faaldefinitie aan te passen en de beoordeling daarmee realistischer en minder conservatief te maken.
  • Er is nog veel onzekerheid over het erosie proces van overslaande golven zoals het effect van overgangen en de erosie mechanismen bij grotere erosiedieptes.

Last modified: 21/10/2021