Er is sprake van onzekerheid als meer uitkomsten denkbaar zijn dan er daadwerkelijk verwezenlijkt kunnen worden. Zo is het onzeker of komend jaar ergens een overstroming op zal treden. Ook de gevolgen van een eventuele overstroming zijn onzeker. Het is bijvoorbeeld onzeker of een evacuatie precies volgens plan verloopt. Ook is niet precies te voorspellen hoe het water zich bij een dijkdoorbraak door het landschap zal verspreiden en wat de gevolgen zijn.

Onzekerheden zijn er in vele soorten en maten. In de wetenschappelijke literatuur bestaan dan ook vele classificaties van onzekerheid en vele methoden om met onzekerheid om te gaan. In de waterbouwkunde wordt veelal onderscheid gemaakt tussen inherente (aleatorische) onzekerheid en kennis (epistemische) onzekerheid. Met inherente onzekerheid wordt gedoeld op zuiver toeval dat niet te reduceren is door nader onderzoek of gegevensverzameling (natuurlijke variabiliteit). Vaak genoemde voorbeelden zijn de onzekerheden ten aanzien van dobbelsteenworpen en zeewaterstanden. Met kennisonzekerheid wordt gedoeld op onzekerheid die voortkomt uit gebrek aan kennis, zoals de onzekerheid over de sterkte van de dijken. Deze onzekerheid is wél te verkleinen, met nader onderzoek of gegevensverzameling.

Classificaties zoals hierboven kunnen gemakkelijk filosofische vragen oproepen. Zijn zeewaterstanden echt van nature onvoorspelbaar? En is de uitkomst van een dubbelsteenworp werkelijk inherent onzeker? Of is de uitkomst van een dobbelsteenworp in principe te voorspellen maar alleen in praktische zin onzeker door de gevoeligheid van de uitkomst voor minimale variaties bij het gooien van de dobbelsteen? Is dit niet ook de fundamentele oorzaak van de onvoorspelbaarheid van extreme waterstanden? Dit zijn geen gemakkelijke vragen. Over het deterministische wereldbeeld van Laplace hebben geleerden eeuwen gediscussieerd, denk bijvoorbeeld aan de bekende twist tussen Einstein en Bohr over voorspelbaarheid in de kwantummechanica.

In de praktijk zijn dergelijke filosofische vragen gelukkig minder relevant. Voor beslissingen is het vooral van belang welke onzekerheden er zijn, hoe groot ze zijn en of ze in praktische zin te verkleinen zijn. Met de grootte van onzekerheden wordt hierbij zowel gedoeld op de grootte van de verschillen in de mogelijke uitkomsten als op de waarschijnlijkheid van de verschillende uitkomsten.

Onzekerheden komen voor een belangrijk deel voort uit de grilligheid van de natuur, gegevensbeperkingen en ons onvermogen om de complexe werkelijkheid precies met modellen te beschrijven. Hierdoor is het in de praktijk onmogelijk om precies te voorspellen wat de toekomst brengt. Daarvan volgen hieronder enkele belangrijke voorbeelden.

Onzekerheid over extreme waterstanden

Het is praktisch onmogelijk om te voorspellen hoe hoog de hoogste waterstand op een specifieke locatie in het komende jaar zal zijn. Hooguit is aan te geven wat de kans is dat een bepaalde hoogwaterstand zal worden bereikt of overschreden ( zie onderstaande figuur).

Deze kansen zijn te bepalen met statistische analyses van jaarlijks opgetreden hoogwaterstanden. Voldoende lange meetreeksen om de natuurlijke variabiliteit van de waterstand precies te beschrijven zijn niet beschikbaar. In de praktijk zijn alleen meetreeksen van een beperkte duur voorhanden, bijvoorbeeld van 100 jaar. Daarom moet ver worden geëxtrapoleerd om iets te kunnen zeggen over de zeewaterstand met een overschrijdingskans van bijvoorbeeld 1/10.000 per jaar. Dergelijke extrapolaties zijn met de nodige onzekerheid omgegeven. Bovendien zijn in de praktijk modelberekeningen nodig, bijvoorbeeld om gegevens over afvoeren te vertalen in hoogwaterstanden langs een rivier. De modellen benaderen de werkelijkheid, maar geven daar geen perfecte beschrijving van. Ook dat introduceert onzekerheid. Aan de onzekerheid rond de extreme waterstanden liggen in de praktijk dus verschillende oorzaken ten grondslag.

Onzekerheid over de sterkte van waterkeringen

De daadwerkelijke sterkte van kunstwerken, duinen en dijken is in de praktijk onzeker. Zo wordt het vermogen van een dijk om extreme waterstanden te keren in belangrijke mate bepaald door de onzekere eigenschappen van de ondergrond. De natuurlijke ondergrond van de dijken varieert van punt tot punt. De grond is opgebouwd uit verschillende lagen, zoals Pleistoceen zand en rivierafzettingen (zie  onderstaande figuur voor een voorbeeld). Hoewel deze laagopbouw en de eigenschappen van de ondergrond in theorie overal precies te bepalen zijn, zijn ze onzeker totdat ze daadwerkelijk zijn gemeten. En zelfs als ze zijn gemeten, zijn ze vaak nog enigszins onzeker door meetonzekerheden.

Ons beeld over de ondergrond is gebaseerd op metingen zoals boringen en sonderingen. Die liggen vaak tientallen of zelfs honderden meters uit elkaar. Op de plaats van een boring of sondering zijn de eigenschappen van de ondergrond vrij goed bekend, maar tussen de boor- en sondeerlocaties zijn deze onzeker. Deze onzekerheid is groter naarmate de dichtstbijzijnde boor- en sondeerlocatie verder weg ligt.

Modelonzekerheid

Modellen zijn altijd vereenvoudigingen van een complexe werkelijkheid. Uitkomsten van modelberekeningen zijn daarom altijd met onzekerheid omgeven.  Onderstaande figuur geeft geeft ter illustratie de relatie tussen rivierafvoer en de waterstand. Te zien is dat de berekende waterstand kan afwijken van de gemeten waarde.

Onzekerheid over de gevolgen van overstromingen

De gevolgen van overstromingen zijn afhankelijk van vele onzekere factoren, zoals de locaties van de dijkdoorbraken, de bresontwikkeling en het tempo waarmee het water zich door het getroffen gebied verspreidt. Ook de kwetsbaarheid van mensen, gebouwen en infrastructuur is onzeker, net als de gevolgen van een overstroming buiten het direct getroffen gebied. Hoe verloopt de opvang van getroffenen? En wat is de bredere economische impact van de overstroming? Zelfs als uitgebreide voorbereidingen zijn getroffen, is het onzeker of tijdig alarm wordt geslagen, tijdig tot actie wordt overgegaan en maatregelen volgens plan zullen verlopen. In de praktijk is het vaak zeer onzeker of noodmaatregelen zullen slagen. Bij de Watersnoodramp van 1953 bleef het gebied rond Rotterdam ternauwernood gespaard, hoewel ook de Schielandse Zeedijk onder het natuurgeweld bezweek. Schipper Evergroen wist zijn schip De Twee Gebroeders namelijk in de bres te varen, waarna het gat in de dijk kon worden gedicht. Dat deze noodgreep slaagde, is nauwelijks te bevatten. Als het niet was gelukt, was het leed ook in deze streek niet te overzien geweest. Achter de Schielandse Zeedijk bevinden zich namelijk enkele dichtbevolkte polders, de diepste van Nederland.