Land+Water 2023 Editie 7/8

Waterbouw
Drie aanscherpingen in bepaling
faalkansen van dijken
Realistische faalkansen zijn
belangrijk voor dijken in
Nederland. Deze vormen
namelijk de basis voor de
versterkingsopgave (en
daarbij behorende investeringen)
of voor calamiteitenbeheer.
De uitkomsten van
LBO1 laten zien dat dit realistische
beeld nog niet altijd
bereikt wordt. HKV lijn in
water heeft daarom onderzoek
gedaan naar manieren
om op eenvoudige wijze te
komen tot realistischere
inschattingen van de faalkans.
Binnen dit onderzoeksproject komen drie
onderwerpen aan bod:
- Tweelagensysteem bij piping;
- 3D-Fragility Curves;
- Landelijke set grondparameters.
De onderzoeken sluiten aan bij de rekenregels
voor waterkeringen uit het WBI en het BOI.
Hieronder worden de drie deelonderzoeken
beschreven.
Tweelagensysteem bij piping
Uit praktijkervaringen blijkt dat de huidige
methode voor het bepalen van een equivalente
doorlatendheid in pipinganalyses bij een
tweelagensysteem leidt tot te hoge faalkansen.
Deze equivalente doorlatendheid dient als
invoer in de Sellmeijer formule.
HKV heeft samen met Rijkswaterstaat een
IN ‘T KORT - Faalkans dijken
HKV heeft 3 aanscherpingen voor de
faalkansbepaling van dijken onderzocht.
De nieuwe methode geeft lagere faalkansen
voor piping bij tweelagensystemen.
Met 3D-Fragility Curves zijn meerdere
belastingparameters mee te nemen.
Een nieuwe landelijke set met grondparameters
geeft realistische kentallen.
Schematisatie van de aangescherpte methode bij een tweelagensysteem.
aangescherpte methode ontwikkeld voor het
bepalen van de equivalente doorlatendheid.
Binnen de huidige methode wordt bij een
tweelagensysteem (twee aansluitende
watervoerende lagen), de equivalente
doorlatendheid bepaald op basis van het over
de dikte gewogen gemiddelde van de twee
doorlatendheden. Hierin hebben dieper
liggende watervoerende lagen, die vaak een
grote dikte en een hoge doorlatendheid
hebben, een relatief grote invloed op de
equivalente doorlatendheid. Deze lagen zijn
echter minder relevant voor het mechanisme
piping. De equivalente doorlatendheid wordt
op deze manier overschat.
De aangescherpte methode van HKV gaat
ervan uit dat elke laag een bepaald debiet kan
vervoeren. Vervolgens is verondersteld dat het
volledige debiet van beide lagen richting de
pipe stroomt, en daarmee bijdraagt aan erosie
van de pipe en het kritiek verval. Het totale
debiet is vervolgens teruggerekend naar een
equivalente doorlatendheid.
Zowel de huidige als de aangescherpte
methode zijn vergeleken met een dataset van
D-Geo Flow berekeningen uit (Romeijn, 2022).
Op basis van de vergelijking blijkt dat de
aangescherpte methode steeds een scherpere
(hogere) inschatting geeft van het kritieke
verval (ten opzichte van de huidige methode)
én de sterkte niet overschat (ten opzichte van
de referentie-berekeningen in D-Geo Flow).
De aangescherpte methode is toegepast op
een drietal cases met een tweelagensysteem in
Limburg, Zeeland en Rivierenland. Hierbij
wisselt het doorlatendheidscontrast per case.
Uit de cases volgt dat de aangescherpte
methode in alle gevallen leidt tot een hoger
kritiek verval dan de huidige methode. Bij
toenemende doorlatendheidscontrasten neemt
de winst toe, tot een toename van 30 procent
in het kritieke verval.
3D-Fragility Curves
De figuur linksonder op de volgende pagina
toont een 3D-fragility Curve: verschillende
combinaties van waterstand en belastingduur
met bijbehorende conditionele faalkans. Bij
faalkansberekeningen voor binnenwaartse
stabiliteit wordt regelmatig gebruik gemaakt
van Fragility Curves, die de relatie beschrijven
tussen de belasting en de conditionele
faalkans. Doorgaans is de buitenwaterstand de
variërende belasting in de curve, en worden
andere belastingen ingeschat met een vaste,
vaak conservatieve waarde. Dit leidt tot
overschatting van de faalkans.
HKV heeft onderzocht hoe meerdere belastingen
meegenomen kunnen worden in de
fragility curve. Aan de hand van de twee
onderstaande voorbeelden wordt de meerwaarde
van deze 3D-fragility curves geïllustreerd.Voor
primaire keringen is niet alleen de
buitenwaterstand van belang voor binnenwaartse
stabiliteit, maar ook de duur van het
hoogwater. Immers, de waterspanningen in en
onder de dijk hebben tijd nodig om op te
bouwen. In een 3D-fragility curve kunnen –
naast verschillende waterstanden – meerdere
scenario’s voor de belastingduur worden
meegenomen.
Het expliciet meenemen van verschillende
scenario’s voor de belastingduur resulteert in
een lagere faalkans dan een reguliere (2D)
fragility curve, omdat de conditionele
faalkansen bij kortere belastingduren lager
zijn. Bij de reguliere aanpak wordt uitgegaan
van één vaste, lange belastingduur, hetgeen
erop neerkomt dat alleen de bovenste rij uit de
3D-curve wordt meegenomen.
26
nr. 7/8 - juli/augustus 2023