Toetsing op veiligheid - Beheer

De zandige kust geeft, net als elke andere waterkering, geen absolute veiligheid. Om de veiligheid tot in hoge mate te waarborgen zijn in Nederland normen vastgesteld voor het veiligheidsniveau tegen overstromen. Voor de waterkeringen langs de kust gelden normen voor de overschrijdingskans van de waterstand, bij welke de waterkering nog ‘volledige veiligheid’ moet bieden. Deze normen variëren van 1/2000 tot 1/10.000 per jaar. Aan de term ‘volledige veiligheid’ is inhoud gegeven door bij de uitwerking van de toetsing te rekenen met een maximaal toelaatbare bezwijkkans die een factor 10 kleiner is dan de overschrijdingskans van het ontwerppeil. De bezwijkkansen variëren dus van 1/20.000 tot 1/100.000 per jaar.

In het volgende gedeelte worden -evenals in de Leidraad Toetsen op Veiligheid- de belasting, de sterkte en de beoordeling van de waterkering behandeld. Het accent ligt op de achtergronden van de veiligheidsbeoordeling. De uitvoering van de veiligheidsbeoordeling is beschreven in (TAW, 1999a) en (TAW, 1984).

Hydraulische randvoorwaarden, belastingen en belastingeffecten

De hydraulische randvoorwaarden zijn gedefinieerd als karakteristieken van het hydraulische systeem, zoals waterstand, golfhoogte en golfperiode, die niet worden beïnvloed door de waterkering. Voor duinwaterkeringen heeft Rijks- waterstaat gekozen voor het afgeven van hydraulische randvoorwaarden op zodanige afstand uit de kust, dat deze bij de gewenste veiligheidsniveaus niet significant door de bodemligging worden beïnvloed: de dieptelijn NAP -20 m.

Deze hydraulische randvoorwaarden, met name de golven, belasten het duinprofiel actief. Het effect hiervan is dat er materiaal van het duinprofiel wordt afgeslagen. Het afgeslagen zand wordt onder een zeer flauwe helling beneden het storm- vloedpeil afgezet. Dit zorgt ervoor dat nog aankomende golven gedurende de storm eerder breken. Het afslagproces verloopt bij gelijkblijvende hydraulische omstandigheden dus steeds langzamer.

Sterkte van duinwaterkeringen

De sterkte van een duinwaterkering hangt feitelijk af van de totale hoeveelheid zand in het profiel. Deze hoeveelheid kan zowel in hoogte als in breedte worden gevonden. Het unieke van de duinwaterkering is dat tijdens zware belasting het materiaal zodanig wordt herverdeeld, dat de waterkering de belasting kan opvangen (zie ook § 2.3). Het natuurlijk systeem zoekt naar een evenwicht dat past bij de momentane omstandigheden.

Er bestaan diverse rekenmodellen waarmee het effect van stormvloedomstandigheden op de duinwaterkering kan worden gekwantificeerd. Bijlage IV van het Basisrapport Zandige Kust (TAW, 1995b) benoemt en om- schrijft ze beknopt. De belangrijkste zijn de modellen DUROS (DUineROSie- model) en DUROSTA (DUineROSie-TijdsAfhankelijk-model). Met behulp van

deze modellen wordt een afslagprofiel berekend. Dit afslagprofiel benadert het profiel van het herverdeelde duinmateriaal na een storm, afhankelijk van de storm- en materiaalkarakteristieken.

DUROS is ontwikkeld om de duinafslag van een onverdedigd duinprofiel te kunnen berekenen. Het gaat uit van een sluitende zandbalans in de dwarsrichting. De vorm van het profiel na een stormvloed wordt in dit model als bekend verondersteld, en is afhankelijk van de valsnelheid van het duinmateriaal, en van de optredende golfhoogte. De ligging van het profiel na een stormvloed is daarnaast ook afhankelijk van het stormvloedpeil. DUROSTA is later ontwikkeld en geeft de ontwikkeling van het dwarsprofiel tijdens storm als functie van de tijd. Het model sluit beter aan bij de werkelijk optredende processen: de veranderingen van het profiel worden stap voor stap bepaald door de modellering van de lokale zandtransporten als functie van de Karakteristieken van het hydraulische systeem lokale hydraulische omstandigheden. Met het model kan ook het effect van een duinvoetverdediging worden bepaald.

Een uitvoerige beschrijving van de modellen is te vinden in het Basisrapport

(§ 6.2.2).

Beoordeling

Het beoordelen van een waterkering bestaat uit het vergelijken van de hydraulische belastingen aan de ene kant met de sterkte aan de andere kant. De waterkering wordt als veilig bestempeld, wanneer de kans dat de belasting de sterkte overschrijdt kleiner is dan de kans die bij de veiligheidsnorm behoort. De beoordeling wordt veelal uitgevoerd aan de hand van eenvoudige rekenregels, die opgesteld zijn aan de hand van uitgebreide kansberekeningen. Toepassing van deze rekenregels leidt tot de beoordeling ‘voldoende veilig’ als de rekenwaarde voor de sterkte groter is dan de rekenwaarde van de hydraulische belasting.

Als basis voor de veiligheidsbeoordeling van duinwaterkeringen dient de Leidraad ‘Duinafslag’ (TAW, 1984). Hier wordt de beoordelingsmethode op hoofdlijnen aangegeven. De kans dat het grensprofiel wordt bereikt of over- schreden mag niet groter zijn dan 1/10 van de kans op het overschrijden van het ontwerppeil. Is dat het geval, dan mag de duinwaterkering als veilig worden bestempeld. In de Leidraad ‘Duinafslag’ is de factor 1/10 automatisch verwerkt door in plaats van het ‘ontwerppeil’ het ‘rekenpeil’ te hanteren en een toeslag toe te passen.

De beoordeling wordt uitgevoerd aan de hand van jarenlange reeksen profiel- metingen. Voor elk jaar wordt een duinafslagberekening uitgevoerd, met het model DUROS. Voor dit model zijn karakteristieke waarden afgeleid voor de hydraulische belasting. Op basis van de DUROS-berekeningen kan door een toeslag op de afslag voor elk jaar een afslagpunt P worden bepaald

Zo wordt de reeks profielmetingen omgezet in een reeks fictieve ‘afslagpunten’, die zouden zijn opgetreden als in elk jaar de genoemde karakteristieke hydraulische belasting zou zijn opgetreden.

Aan de hand van de ligging van de reeks afslagpunten, gebaseerd op de jaren- lange reeks profielmetingen, en de ligging van het kritieke afslagpunt wordt de feitelijke beoordeling uitgevoerd. Door middel van lineaire regressie wordt een lijn getrokken door de reeks afslagpunten. Deze wordt in de tijd geëxtrapoleerd om de verwachte situatie aan het eind van de volgende toetsperiode te schatten. Het duin biedt voldoende veiligheid wanneer de afslagpunten voldoende zee- waarts van het toelaatbare afslagpunt liggen, en geen landwaartse trend vertonen. Wanneer de reeks afslagpunten een landwaarts gerichte trend vertoont, kan de beoordeling ook ‘veilig’ zijn, omdat de reeks afslagpunten nog ver zeewaarts van het kritieke afslagpunt liggen. Wel geldt dan de kanttekening dat de veiligheid vermindert, en er zich vermoedelijk over enige tijd wel een onveilige situatie kan ontwikkelen. Met ‘dynamisch handhaven’ is dit tegenwoordig overigens zeer onwaarschijnlijk.

Voor de beoordeling van duinwaterkeringen was voorheen het rekenprogramma DUINAF beschikbaar. Dit model werd opgevolgd door het model SUPERDUNE. Met een aantal wijzigingen is de functionaliteit nu beschikbaar in het programma WINKUST 2000.

Bij het uitvoeren van de beoordeling moet in het bijzonder worden gewaakt voor eventuele sprongen in de reeks afslagpunten, die bijvoorbeeld door uitgevoerde maatregelen (zoals zandsuppleties) in de reeks profielmetingen terecht kunnen zijn gekomen. De methode van lineaire regressie door de afslagpunten werkt dan niet meer. In dergelijke gevallen wordt in de Leidraad ‘Duinafslag’ aanbevolen een andere dan een lineaire regressiemethode toe te passen om een prognose van de ligging van de afslagpunten in de toekomst te kunnen opstellen. Ten tijde van het opstellen van de Leidraad ‘Duinafslag’ waren dit specifieke toepassingen met diverse oorzaken. Daarom is hiervoor geen hulpmiddel ontwikkeld in de vorm van een rekenmodel. In het kader van het huidige beleid ‘dynamisch handhaven’ wordt er jaarlijks veel gesuppleerd, zodat trendbreuken in de reeks afslagpunten nu veel meer zullen voorkomen. De vraag naar een hulpmiddel bij de beoordeling is daarmee toegenomen. Tot op heden is dit echter nog niet beschikbaar.

Beoordelingsprocedure en benodigde gegevens

De procedure voor de veiligheidstoetsing van duinwaterkeringen wordt beschreven in van de Leidraad Toetsen op Veiligheid. Hierin wordt ook ingegaan op de toetsing van duinvoetverdedigingen en aansluitingsconstructies (katern 6 in combinatie met 8). In de Leidraad Toetsen op Veiligheid wordt aangegeven hoe een duinwaterkering zodanig kan worden geschematiseerd dat de bovengenoemde beoordeling volgens de Leidraad ‘Duinafslag’ kan worden uitgevoerd. De schematisatie betreft het opdelen in secties en de keuze van de ligging van het grensprofiel. Verder wordt ingegaan op de belasting op en sterkte van de duinwaterkering, en op de beoordeling van de veiligheid.

Bij aanwezigheid van een duinvoetverdediging wordt deze eerst beoordeeld op stabiliteit, en vervolgens wordt het gehele duin beoordeeld.

Bij aansluitingsconstructies, bijvoorbeeld tussen dijk en duin, wordt nagegaan of er door zijdelingse uitwisseling teveel afslag kan optreden, waardoor de veiligheid in gevaar komt.

Om de beoordeling te kunnen uitvoeren zijn er gegevens nodig ten aanzien van:

• De hydraulische randvoorwaarden (rekenwaarden voor waterstand en golfkarakteristieken). Rijkswaterstaat verstrekt die elke vijf jaar via het Hydraulisch randvoorwaardenboek (Min V&W, 2002b).
• De zandkarakteristieken, zie de Leidraad ‘Duinafslag’.
• Een reeks metingen van de ligging van het profiel. Hiervoor worden in het algemeen de jaarlijkse kustmetingen -de zogenaamde JARKUS raaien- gebruikt, die beschikbaar zijn in het systeem DONAR van Rijkswaterstaat.
• De ligging van het grensprofiel. Afhankelijk van de eigenschappen van het duingebied (breed of smal) en andere functies kan de plaats van het grens- profiel binnen het gebied door de beheerder in de legger worden vastgelegd (zie ook § 5.3). De enige restrictie hierbij is dat de veiligheid landwaarts van het grensprofiel voldoende moet zijn.

  Het kan nuttig zijn om, afhankelijk van de geometrie van het duingebied, ook tussen de JARKUS-raaien een toetsing uit te voeren. Aan de hand van de hoogtelijnen kan worden gecontroleerd of de JARKUS-raaien voldoende representatief zijn voor toetsing van het gehele kustvak.