Bepaling maatgevend hydraulisch belastingniveau voor golfoverslag - Hydraulische belastingen

Bepaling maatgevend hydraulisch belastingniveau voor golfoverslag

Algemeen

Het maatgevend hydraulisch belastingniveau (MHBN) wordt gedefinieerd als de kruin- hoogte waarbij precies wordt voldaan aan het geldende golfoverslagcriterium. Het golfover- slagdebiet voldoet daarbij precies aan het vooraf gekozen toelaatbaar debiet. Hiervoor zijn gegevens nodig over waterstanden en bijbehorende golfkarakteristieken. In deze paragraaf wordt eerst ingegaan op golfoverslag en de bepaling hiervan. Daarna volgt per gebied een beschrijving van de bepaling van het maatgevende hydraulisch belastingniveau. De bepaling van de golfkarakteristieken wordt beschreven in paragraaf 7.9 en Bijlage E.

Golfoverslag

Voor de bepaling van de golfoverslag bij dijken en dammen wordt voor alle gebieden aan- bevolen het Technisch Rapport Golfoploop en Golfoverslag bij Dijken toe te passen (TAW, 2002). De formules zijn opgenomen in het rekenmodel PC-Overslag en in de Hydra-model- len. Voor de berekening van golfoverslag bij aanwezigheid van keerwanden of muren op een kade, waarbij veel breken van golven op de ondergelopen kade zelf wordt verwacht, wordt verwezen naar de Leidraad Kunstwerken (TAW, 2003).

Als invoer zijn nodig: de geometrie van de dijk, en de golfparameters. Voor de golven wor- den de volgende grootheden gebruikt: Hm0 voor de golfhoogte, Tm-1,0 voor de golfperiode en θ voor de golfrichting (zie voor uitleg paragraaf 7.9). Deze laatste wordt verwerkt in de correctiefactor voor de hoek van inval. De hoek van inval is gedefinieerd als de hoek tussen de normaal van de dijk en de golfrichting.

De golfoverslag wordt gegeven als een gemiddeld debiet per strekkende meter breedte, bijvoorbeeld in m3/s of in l/s per m. De golfoverslag wordt berekend ten opzichte van de hoogte van de buitenkruinlijn (zie Figuur 7.1 uit TAW, 2002) en er wordt van uitgegaan dat deze overslag ook de achterkant van de kruin en het binnentalud bereikt.

Figuur 7.1 Dwarsdoorsnede door een dijk

In werkelijkheid gaat er bij golfoverslag niet een constant debiet over de kruin van een waterkering. De hoogste golven zullen in korte tijd, korter dan een golfperiode, een grote hoeveelheid water over de kruin laten lopen. De stroomsnelheid over het talud varieert dan ook. Lagere golven zullen helemaal geen overslag geven. In het Technisch Rapport Golfoploop en Golfoverslag bij Dijken (TAW, 2002) wordt een methode gegeven, waarbij de verdeling kan worden berekend van overslagvolumes per golf. Zo’n overslagvolume per golf, V, wordt gegeven in m3per m per golf.

Aanbevolen formules

Ondanks het probabilistische karakter van de bepaling van ontwerpbelastingen wordt de golfoverslag in de berekeningen deterministisch meegenomen. Dat betekent dat onzeker- heden en spreiding in de formules niet expliciet worden meegenomen in de berekeningen. Aanbevolen wordt om daarom de deterministische formules uit TAW (2002) toe te passen.

Maatgevend hydraulisch belastingniveau bovenrivieren

Voor de bepaling van het maatgevend hydraulisch belastingniveau (MHBN) in het boven- rivierengebied wordt onderscheid gemaakt in twee gebieden. Het eerste gebied betreft het bedijkte deel van de Maas en alle Rijntakken. Hierlangs liggen primaire waterkeringen met een normfrequentie van 1/1250.

Het tweede gebied betreft de kadegebieden langs de Onbedijkte Maas. Op 28 april 2005 is de Wet op de waterkering gewijzigd. Hiermee zijn de kadegebieden langs de Maas toegevoegd als dijkringen omgeven door primaire waterkeringen met een veiligheidsnorm van 1/250. De kades hebben een bijzondere status en worden daarom apart behandeld.

1/1250 waterkeringen

De basis voor de bepaling van het MHBN met betrekking tot golfoverslag voor de 1/1250-waterkeringen wordt gevormd door de maatgevende hoogwaterstand (MHW) aan de teen van de waterkering. Er wordt aanbevolen om ontwerpwindsnelheden in reke- ning te brengen (zie ook paragraaf 5.2), waarmee golven worden berekend. Per wind- richting wordt het hydraulisch belastingniveau berekend als de benodigde hoogte om te voldoen aan het vooraf gekozen toelaatbaar golfoverslagdebiet. Het MHBN is dan gelijk aan de hoogste van alle berekende hydraulische belastingniveau’s, rekening houdend met de minimale waakhoogte

In Figuur 7.2 zijn de ontwerpwaarden voor de windsnelheid volgens de stations Deelen en Herwijnen weergegeven, ontleend aan Bijlage 12 van LOR1 (TAW, 1985). In de figuur is tevens het toepassingsgebied van beide grafieken aangegeven. In het oostelijke deel worden lagere windsnelheden toegepast dan in het westelijke deel van het gebied. Voor de achtergronden van deze ontwerpwindsnelheden wordt verwezen naar Dillingh en Cappendijk (1997).

In LOR1 (TAW, 1985) ontbreekt de grens voor toepassing op de Maas. In de praktijk zijn tot nu toe voor de gehele Maas tot Heusden de lage ontwerpwindsnelheden toegepast. In ver- band met consistentie met de andere riviertakken is een grens gekozen bij Lith. Vlakbij ligt de grens tussen de dijkringen 41 (Land van Maas en Waal) en 40 (Heerewaarden).

Strikt genomen zijn de ontwerpwindsnelheden afgeleid voor 1/1250-waterkeringen. In het bedijkte deel van het bovenrivierengebied liggen echter ook enkele waterkeringen met een afwijkende veiligheidsnorm zoals bij Heerewaarden (zie ook paragraaf 2.1.1 en 2.1.4). Voor deze waterkeringen kan worden afgeweken van de ontwerpwindsnelheden.

Figuur 7.2 Ontwerpwaarden voor de windsnelheid volgens de stations Deelen en Herwijnen (TAW, 1985)

Maaskades

In het kader van het Deltaplan Grote Rivieren zijn in 1995 langs de Onbedijkte Maas kades aangelegd. De aanleg van kades is slechts één van de manieren om het vereiste bescher- mingsniveau te halen. In het plan waren ook rivierverruimingsmaatregelen opgenomen. Uiteindelijk zullen deze plannen binnen Maaswerken vorm krijgen. Vooruitlopend op de rivierverruiming zijn vanaf 2005 bij Roermond, Venlo en Gennep-Middelaar nieuwe kades aangelegd en zijn bestaande kades verhoogd (deze kades worden kortweg RVG-kades genoemd). De kadeaanpassingen zijn gestart in 2005 en worden eind 2007 afgerond. De overige kades (de zgn. sluitstukkades) worden aangelegd of verhoogd na uitvoering van de geplande rivierverruimingswerken.

Bij het ontwerp van de aanpassingen van de RVG-kades vielen de kades nog niet onder de Wet op de waterkering. De aanpassingen van de RVG-kades zijn ontworpen door Rijkswaterstaat Maaswerken en zijn opgenomen in het POL Kadeplan (Maaswerken, 2002), en in de partiële herziening hiervan (Maaswerken, 2004).

De Maaskades hebben een bijzonder karakter. Het beschermingsniveau achter de kades is 1/250, terwijl de kadegebieden bij een 1/1250 niveau dienen in te stromen. Bij het uitwerken van het project Maaswerken is steeds het uitgangspunt gehanteerd dat de aanleg van de Maaskaden niet mocht leiden tot stijging van de toetspeilen benedenstrooms van het projectgebied. Dit betreft dan de dijkringgebieden 36 en 41 en de gebieden benedenstrooms daarvan. Een onderdeel hiervan is dat de kadegebieden een belangrijk aandeel heb- ben in de verlaging van de waterstanden tijdens een 1/1250 afvoergolf. Dit laatste houdt in dat de kadehoogte begrensd is: immers als de kade te hoog wordt, stroomt het gebied erachter niet meer in tijdens het passeren van een 1/1250-afvoergolf.

Het begrensd zijn van de kadehoogte betekent ook dat de waakhoogte begrensd is. Het gevolg hiervan is dat er meer dan elders langs de rivieren aandacht nodig is voor golfover- slag en bestendigheid van kruin en binnentalud daartegen bij ontwerp, dus tot de afvoer een 1/250 peil heeft bereikt. Voor het vervullen van de waterstandsverlagende functie voor een 1/1250-afvoersituatie is het van belang dat er bij het ontwerp aandacht nodig is voor de standzekerheid tot een niveau van 1/1250.

Op grond van het bovenstaande is het onduidelijk of de huidige ontwerpwindsnelheden voor de 1/1250-waterkeringen kunnen worden toegepast op het ontwerp van de Maas- kades. Voor het ontwerpen van nieuwe Maaskades of aanpassingen aan bestaande kades is het gewenst dit te onderzoeken en eventueel een aangepaste ontwerpmethodiek te ontwik- kelen. Deze kan dan worden toegepast bij het ontwerp van de sluitstukkades.

Maatgevend hydraulisch belastingniveau benedenrivieren

In het benedenrivierengebied wordt het maatgevend hydraulisch belastingniveau bepaald door een probabilistische analyse van combinaties van waterstanden en bijbehorende golf- karakteristieken. Deze analyse kan worden uitgevoerd met Hydra-B. Voor een gekozen toelaatbaar golfoverslagdebiet en dijkgeometrie (inclusief voorland en/of obstakel) wordt het MHBN berekend. De probabilistische berekening vindt plaats op dezelfde manier als die van MHW (zie paragraaf 7.2.2 en Bijlage C). De berekening van golven vindt plaats binnen Hydra-B op basis van vooraf gekozen strijklengtes en waterdieptes.

Maatgevend hydraulisch belastingniveau IJssel- en Vechtdelta

In de IJssel-Vechtdelta wordt het maatgevend hydraulisch belastingniveau bepaald door een probabilistische analyse van combinaties van waterstanden en bijbehorende golfkarakteris- tieken. Deze analyse kan worden uitgevoerd met Hydra-VIJ. Voor een gekozen toelaatbaar golfoverslagdebiet en dijkgeometrie (inclusief voorland en/of obstakel) wordt het MHBN berekend. De probabilistische berekening vindt plaats op dezelfde manier als die van MHW (zie paragraaf 7.2.3 en Bijlage D). De berekening van golven vindt plaats binnen Hydra-VIJ op basis van vooraf gekozen strijklengtes en waterdieptes.