Ontlastsloten - Beïnvloeding stijghoogte en stroming van grondwater

Omschrijving en ontwerp

Ontlastsloten of kwelsloten verlagen de stijghoogte achter en onder de dijk om de kans op het optreden van piping te verkleinen en tevens de macrostabiliteit te vergroten. Beide faalmechanismen, piping en macrostabiliteit zullen dus moeten worden getoetst.
Er zijn een aantal verschillende dwarsdoorsneden van rivierdijken mogelijk (figuur 26). Het betreft dijken die zijn aangelegd op een kleilaag met daaronder een watervoerende zandlaag. Per dwarsdoorsnede wordt aangegeven hoe de stijg­hoogte verloopt en hoe het bijbehorende debiet kan worden berekend. De formules zijn ontleend aan lit [20a].

A. De rivier snijdt in tot in de zandlaag, de kwel­sloot snijdt eveneens in tot in de zandlaag.

Bij een voldoende brede kwelsloot en doorlatende bodem zal de stijghoogte in de watervoerende laag nagenoeg rechtlijnig afnemen tussen het intreepunt en de kwelsloot. Het kweldebiet kan worden uitgerekend met de wet van Darcy (zie lit [20a] en paragraaf 6.3.1). De stroming voldoet aan Darcy.

In dit voorbeeld is de hoeveelheid kwel bij de gegeven water­ standen 71,4 * 10^-6 m³ /s/m dijk.

In dit geval zal het potentiaalverschil ter plaatse van de slootbodem gering zijn. De stabiliteit van de slootbodem moet worden gecontroleerd op de hydraulische criteria. In de situa­tie van de kwelsloot vindt stroming plaats tegen de zwaarte­kracht in. Bij een verhang dat kleiner is dan 1 zal het materiaal reeds voldoende gewicht hebben om de stromingsdruk te weerstaan. Daarnaast moet uiteraard de kans op het optreden van piping worden gecontroleerd.

Voor kleibodems geldt dat een geometrisch filter om uitspoe­ling van kleideeltjes tegen te gaan niet kan worden verkregen met een geotextiel, de openingen in het geotextiel zijn daar­ voor in de regel te groot. Bij gebruik van een granulair filter moet als eerste laag een fijn siltig materiaal worden aangebracht, waarop vervolgens zand en grover materiaal kan worden aangebracht.

B. De rivier snijdt niet in tot de zandlaag, de kwelsloot reikt ook niet tot in de zandlaag.

In dit geval is er geen verbinding tussen de watervoerende laag, de rivier en het polderpeil. Bij een verhoogde waterstand in de rivier zal de stijghoogte in de rivier gelijk worden aan de waterstand in de rivier. Deze druk neemt af met de afstand tot de rivier. De stijghoogte ter plaatse van de kwelsloot kan als volgt worden berekend (lit [20a]):

Bij een slecht doorlatende kleilaag kan de stroming naar het watervoerend pakket worden belemmerd en kan daardoor de stijghoogte in de watervoerende laag onder rivier enigszins afnemen.
Uit de berekening van de stijghoogte ter plaatse van de kwelsloot kan worden gecontroleerd of er gevaar is voor opbarsten van de slootbodem en in hoeverre de macrostabiliteit voldoende is. Blijkt er gevaar voor opbarsten dan moet de stijghoogte verder worden verlaagd door middel van het aanbrengen van een filter, een drain of het vervangen van de kleibodem onder de sloot door grof zand.

De hoeveelheid kwel kan worden berekend met de formule van Darcy met behulp van het potentiaalverschil en de doorlatendheid van de kleibodem.

C. De rivier snijdt in tot in de zandlaag, de kwelsloot reikt niet tot in de zandlaag.

Het verloop van de stijghoogte voor deze dwarsdoorsneden is gelijk aan het verloop dat is aangegeven onder punt b. De zandlaag wordt gevoed vanuit de rivier. Ook in dit geval moet worden gecontroleerd op het gevaar van opbarsten, en moet de macrostabiliteit de kans op het optreden van pinping worden getoetst.

De eerste benadering van de stijghoogte onder de dijk en de te verwachten grondwaterstroming kan worden verbeterd door gebruikmaking van meer geavanceerde computerprogramma's voor grondwaterstroming.

Uitvoeringsmethoden

De maatregelen die in dit kader worden genomen, dienen vooral werkzaam te zijn bij tijden van hoge rivierstanden. In de tussenliggende perioden zullen ze niet werkzaam zijn of maar gedeeltelijk effect sorteren.
Ontlastsloten dienen om de grondwaterstand aan de achterzijde van de dijk te verlagen. Daarvoor moet op betrekkelijk korte afstand achter de dijk een sloot worden gegraven van voldoende breedte en diepte. Het effect op de heersende grondwaterstand kan tijdens de uitvoering met behulp van peilbuizen worden geregistreerd. Het verdient aanbeveling om voor het peil van de ontlastsloot geen peil lager dan het polderpeil te kiezen. Een lager peil moet immers door middel van pompen worden gehandhaafd. Dit betekent dat de pompen, ook als ze niet worden gebruikt, in goede conditie moeten worden gehouden. De eisen die aan een dergelijk systeem moeten worden gesteld worden aangegeven in hoofdstuk 9.

Als bij het ontwerp uitgegaan is van een ontlastsloot die tot in de watervoerende zandlaag reikt, dan meet bij de uitvoering worden gecontroleerd of hier op alle plaatsen aan is voldaan. Dit houdt in dat de sloot met enige overmaat zal worden gegra­ven.

In geval er een voorziening moet worden getroffen om piping en of wellen te voorkomen, dan zal de bodem en een deel van de taluds moeten worden afgedekt met een zanddicht vlies, afge­dekt met grind of stenen. Het vlies moet voldoende ver langs het talud worden doorgezet of op voldoende hoogte in de berm ingelaten.

De kwelsloot moet zijn aangesloten op de afvoerwegen voor het water. Nagegaan moet worden of bij een groot aanbod uit de kwelsloot niet teveel stuwing zal optreden in de achterliggen­ de afvoersloten en kanalen.

Het graven van de sloot zal plaatsvinden met hydraulische kranen. Tijdens de aanleg zal in eerste instantie een ruimer profiel moeten worden ontgraven als er een vlies moet worden ingegraven en afgedekt met steenslag. Het graven veroorzaakt overlast, de grond moet worden afgevoerd over de weg, en een aantal inritten zal moeten worden doorgraven en voorzien van duikers. Mogelijk moeten kabels en leidingen worden verlegd en opnieuw aangesloten.

Beheer, monitoring en onderhoud

Het beheer van ontlastsloten moet voorzien in het regelmatig schoonmaken van de sloot. Het schoonmaken moet ook inhouden het verwijderen van neergeslagen slib op de bodem of op een op de bodem opgebouwde filterconstructie.