Case 4 vervolg - Bijlage 2

stap 3: Modelkeuze, schematisering en verificatie

Modelkeuze

Watervoerend pakket

Er is geen sprake van opbarsten van de veenlagen aan de polderzijde, omdat de waterspanning in de pleistocene zandlaag lager ligt dan de waterstand in het freatische pakket (het betreft hier een infiltratiegebied). Deze situatie zou overigens mogelijk kunnen veranderen als er een lek is.

Modellering meestal 2-D en meestal stationair.

Doordat de waterstand op de boezem slechts gering fluctueert, zal de kade langs de boezem meestal volledig verzadigd zijn met water. Er heeft zich een nagenoeg stationaire grondwaterspiegel in de kade ingesteld die alleen wordt beïnvloed door de neerslag.

Neerslag, bovenbelasting, grondophoging

Bij het bepalen van de maatgevende hoogte van de freatische grondwaterstand in de kade moet de invloed van de neerslag op de freatische grondwaterstand worden bepaald. Dit kan door middel het uitvoeren van waterspannings- metingen tijdens perioden van (langdurige) hoge neerslag of door het berekenen van de invloed van de neerslag op de freatische grondwaterstand (MSEEP). Dit effect wordt dan geëxtrapoleerd naar de situatie met maatgevend boezempeil. In deze case is gekozen voor het laatste.

Aan de hand van de metingen is het stromingspatroon in en onder de boezemkade bepaald met MSEEP. Hierna zijn de effecten bepaald van het maatgevend boezempeil op de freatische grondwaterstand en de stijghoogten in het pleistocene pakket. De resultaten van deze extrapolatie zijn gebruikt voor verdere stabiliteitsberekeningen bij maatgevende omstandigheden. Voor de volledigheid is ook getoetst op de veiligheid tegen opbarsten van de slappe lagen, gelegen op het pleistocene pakket. De berekeningen tonen aan dat hier geen gevaar voor bestaat.

Beschikbare metingen voor zowel de freatische als diepe peilbuizen

Freatisch vlak

Uit de peilbuismetingen volgt dat de gemeten waterstand in de buitenkruinlijn varieert van NAP –0,40 m tot NAP 1,15 m. Uit dwarsprofielen zijn waterstanden afgelezen van NAP –0,43 m, NAP –0,50 m en NAP –0,60 m. In de teen van de kade is in alle dwarsprofielen een freatisch vlak gemeten dat duidelijk boven het polderpeil (NAP –2,35 à–2,40 m) en slechts enkele decimeters onder maaiveld ligt. De oorzaak van deze hoge freatische lijn in de kade moet worden gevonden in de afwezigheid van een afsluitende kleilaag aan de buitenzijde in combinatie met een nagenoeg geheel uit puin opgebouwde kade. In vele gevallen zal deze puinkern direct worden gevoed door de boezem. De gemiddeld aangetroffen freatische lijn is geschematiseerd in figuur c4.2.

Figuur c4.2 Gemiddelde ligging freatische lijn

Het gemiddelde boezempeil is aangehouden op NAP –0,40 m. De stijghoogte onder de binnenkruinlijn van de kade is aangehouden op NAP –0,60 m. Tussen de teenlijn en de kwelsloot is een freatische waterstand aangehouden van MV –0,30 m. Het peil in de kwelsloot is gelijk aan het polderpeil, of aan het peil in de kwelsloot.

Tijdens de metingen was het peil op de boezem ongeveer NAP –0,40 m en zijn geen grote hoeveelheden neerslag gevallen.

Watervoerend pakket

De stijghoogte in het eerste watervoerend pakket wordt sterk beïnvloed door de diepgelegen polders aan weerszijden van de Kromme Mijdrecht. De met een diepe peilbuis gecontroleerde waterstand van NAP –4,90 m ligt dicht bij de waterstand van NAP –5,0 m, overgenomen uit de TNO-kaarten. Deze laatste waarde is gebruikt voor de analyse.

Stijghoogteverloop over het slecht doorlatend pakket.

Het stijghoogteverloop over het slappe lagenpakket is geregistreerd in 2 raaien waterspanningsmeters met elk 2 meetinstrumenten. Onder de kruin zijn 2 meetinstrumenten geplaatst op NAP –2,30 m en NAP –3,70 m en op 4 meter uit de binnenteenlijn op NAP –4,20 m en NAP –6,70 m. Uit deze metingen volgt dat het waterspanningsverloop over de eerste 5 m van het slappe lagenpakket (de Holland veenlaag en de zandige kleilagen) hydrostatisch moet worden verondersteld. Over de Calais kleilaag, vanaf de onderkant van de veenlagen tot aan het pleistocene zand, is het waterspanningsverloop lineair met de diepte verondersteld vanaf de freatische lijn tot aan de stijghoogte in het diepe zand.

Uit de sonderingen bleek dat er over het veenpakket (laag 1) een hydrostatische drukverdeling aanwezig was. De waterspanning in het er ondergelegen klei/veen pakket verloopt van de onderzijde van het veen lineair naar de stijghoogte in het pleistocene zandpakket.

Uit de metingen, peilbuizen en sonderingen blijkt dat sprake is van een freatische grondwaterstroming in de bovenste veenlagen en de kade en van een diepe grondwaterstroming in het diepe zand.

Extrapolatie naar ontwerpomstandigheden

Invloed extreme neerslag

Teneinde een indicatie van de invloed van de neerslag op de freatische lijn te kunnen bepalen is een MSEEP-analyse uitgevoerd. MSEEP is een eindige elementenprogramma waarin geen tijdseffect kan worden verdisconteerd, er wordt dus een stationaire situatie beschouwd. Door een stationaire benadering van een tijdelijke situatie zoals neerslag, zal het effect in principe overschat worden.

Met behulp van MSEEP is getracht de rekenparameters (doorlatendheden) te fitten zodanig dat de gemeten frea- tische lijn en waterspanningen voor de gemiddelde situatie kan worden teruggerekend. Op basis van de parameters waarbij de beste fit tussen de berekende en gemeten freatische lijn is gevonden, is een extrapolatie gemaakt naar een situatie bij maatgevende neerslag en maatgevend boezempeil bij een versterkte kade. Het resultaat van de fit van de meetgegevens en de berekende waterstanden zijn in tabel c4.3 en tabel c4.4 opgenomen.

Uit de tabellen volgt dat de metingen goed zijn te fitten. Bij het fitten is de nadruk gelegd op het benaderen van de ligging van het freatisch vlak, omdat dit het primaire doel van de analyses is. Uit de tabellen volgt dat de waterspan- ningen in de binnenteen met een redelijke nauwkeurigheid zijn terug te rekenen.

Freatisch vlak onder extreme omstandigheden

Voor de maatgevende neerslag is gekeken naar reeds aanwezige informatie. Normaliter wordt gekeken naar zogenaamde ‘7-daagse buien’ (zie tabel c4.5).

Tabel c4.5 Extreme neerslag (7 dagen) bij verschillende overschrijdingsfrequenties

Voor onderhavig kadevak is gekozen voor een extreme 7-daagse bui met een overschrijdingsfrequentie van 1:300 jaar, op 149 mm/7 dagen. Opvattingen over de mate van infiltratie verschillen. Dit vindt zijn oorzaak in de verzadigingsgraad van de kade en hangt samen met de ligging van de freatische lijn. Ligt deze ver onder het talud, dan zal de klei droog zijn en zal er relatief veel water infiltreren. Voor deze case ligt de freatische lijn al hoog waardoor de klei op het binnentalud vochtig blijft en er relatief weinig scheuren in zullen zitten.

In een stationaire berekening met het rekenmodel Mseep is de gevoeligheid voor een dergelijk uitgangspunt groot. Verondersteld is dat van de hoeveelheid neerslag ongeveer 50% in het talud en de kruin zal zijgen en 50% langs het talud zal wegstromen.

Voor de extrapolatie naar extreme omstandigheden is het boezempeil verhoogd tot NAP 0,00 m en is de eerder genoemde regenbui meegenomen.

Uit de stationaire analyse volgt dat de waterstand in de kruin van de kade stijgt tot ongeveer NAP –0,20 m, dat wil zeggen ongeveer 0,4 m boven het normale peil. Het betreft evenwel geen horizontaal verlopende lijn: de werkelijke lijn is getekend in figuur c4.3.

Figuur c4.3 Schematisering waterspanningen bij extreme neerslag en hoge boezemstand

Veilige schematiseringen

Schematisering 1.2 - Hoge freatische lijn t.b.v. macro-instabiliteit binnentalud

Uit de analyses uitgevoerd op de gefitte doorlatendheid parameters volgt een freatisch vlak onder extreme neerslag dat als volgt gedefinieerd kan worden:

Vanaf Maatgevend Boezempeil (MBP = NAP 0,00 m) langs het buitentalud tot aan de binnenkruinlijn daalt de freatische lijn tot NAP -0,35 m. Daarna treedt het freatisch vlak op een niveau van 0,70 m boven de binnenteenlijn, uit het binnentalud, om vanuit die locatie langs het binnendijks maaiveld naar de gemiddelde waterstand in de kwelsloot te lopen.

Ontwerpomstandigheden t.b.v. macro-instabiliteit buitentalud

Berekeningen naar de macrostabiliteit van het buitentalud worden gewoonlijk niet uitgevoerd. Vaak zijn peilvariaties betrekkelijk klein en speelt aantasting van de oever door golfaanval of erosie een belangrijkere rol dan macrostabiliteit.

Er kan zich evenwel toch een bijzondere situatie voordoen, wanneer het boezempeil na een calamiteit plotseling sterk zou worden verlaagd (zie paragraaf c4.2.1). Deze situatie wordt gewoonlijk niet meegenomen in de berekeningen, omdat dit maar zelden voorkomt.

Verificatie

De belangrijkste wijze van verificatie van een boezemkade is periodieke waarneming. De marges in de stabiliteit van een dergelijke kade zijn in het algemeen erg klein. Een kadeontwerp waarbij de stabiliteitsfactor op basis van ondergrenswaarden van de sterkte-eigenschappen onder maatgevende omstandigheden kleiner is dan 1, is heel gewoon. Vervormen van een kade is niet ongebruikelijk, en een kadebeheerder zal alarm moeten slaan wanneer vervormingen erg plaatselijk of erg plotseling toenemen.

In een kritieke situatie ontstaat er altijd veel commotie door tegenstrijdige belangen. Poldergebruikers zullen na extreme regenval aandringen op snel droogmalen van de natte gronden. Kadebeheerders zullen in een dergelijke situatie de kaden op de zwakke plekken niet nog meer willen belasten met een verdere verhoging van de boezemwaterstand. Maar ook te snel afmalen van de boezem is niet goed: door naijling kan de buitenwaartse stabiliteit van de kaden dan in het gedrang komen. In een dergelijke situatie moeten alle argumenten worden afgewogen en moeten alle consequenties van de te nemen maatregelen worden bekeken.

Referenties bij bijlage 2

[Bouwknegt & Gelok, 1988]

Regenduurlijnen voor het ontwerp en beheer van waterbeheersings- en rioleringsprojecten, J. Bouwknegt (Heidemij Adviesbureau), A.J. Gelok (Landinrichtingsdienst Utrecht), mei 1988.

[GeoDelft, 1990]

Onderzoek naar effecten van extreme neerslag op waterspanningen in een dijk, C.J. Swart, GeoDelft, rapport CO- 280000/25, maart 1990.

[HRVW, 2001]

Hydraulische Randvoorwaarden 2001, voor het toetsen van primaire waterkeringen, Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat, DWW, RIKZ, RIZA, 21 januari 2001.

[TRZW, 1999]

Technisch Rapport Zandmeevoerende Wellen, Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW), Delft, 1999.