Algemeen

De belasting door een hoge buitenwaterstand bepaalt in belangrijke mate de waterspanningen in de dijk. Maar daarnaast spelen ook andere invloeden een rol, waarvan (extreme) neerslag wellicht de belangrijkste is. De spreiding in de gemeten stijghoogten kan deels worden verklaard door al dan niet extreme neerslag voorafgaand aan het hoogwater.

Extreme neerslag wil zeggen het optreden van een langdurige regenachtige periode. Door extreme neerslag stijgen de freatische lijn en de waterspanning in en naast de dijk, waardoor de stabiliteit van een dijk ongunstig beïnvloed wordt. De hoeveelheid neerslag wordt veelal uitgedrukt als mm/etmaal

De extreme neerslag speelt bij de beoordeling van een waterkering geen rol, hoewel deze van invloed kan zijn op de waterspanningen. De overweging daarvoor is dat de kans op gelijktijdig optreden van hoog water en extreme neerslag klein is. De normale neerslag en verdamping spelen wel een rol in de bepaling van de ligging van het freatisch vlak. Voor de Eerste schatting van het freatisch vlak in geval van een kleidijk is dat uitgewerkt in het artikel Rekenregel voor bepalen van de hoogte freatisch vlak in kleidijk.

Tijdens de uitvoering van een dijkverbetering kunnen afdekkende lagen zoals een wegverharding of afdekkende dijkbekledingen zijn verwijderd. In een dergelijke situatie van de invloed van neerslag op de freatische lijn al snel groot zijn.

Meten van het effect van neerslag op de freatische lijn

In het verleden werd aanbevolen, om op basis van langdurige neerslag- en waterspanningsmetingen in de kruin en de teen van de dijk inzicht te krijgen in het effect van neerslag. Door extrapolatie van het verband tussen de hoeveelheid neerslag en de verandering van de waterspanning kunnen dan de effecten van extreme neerslag worden voorspeld.

Voor het benedenrivierengebied werd daarbij de volgende methode gehanteerd. Voor iedere waterspanningsmeting waarmee de freatische lijn wordt bepaald, wordt de gesommeerde hoeveelheid neerslag bepaald in de 7 dagen voorafgaand aan de waterspanningsmeting. De hoogte van de freatische lijn wordt dan geëxtrapoleerd naar een situatie waarbij sprake is van een regenperiode van één week met een overschrijdingsfrequentie van 2,5 * 10^-4 per jaar (22 mm per dag gedurende 7 dagen, formule van Reinhold).

Figuur 1 geeft een voorbeeld van metingen van de freatische stijghoogtetoenames (x-as) ter plaatse van de binnenkruinlijn als functie van de cumulatieve neerslag (y-as). In die figuur is ook voor een tweetal raaien het lineaire verband tussen beide parameters opgenomen.

Het voorbeeld in de figuur laat zien dat er een erg grote spreiding in dergelijke meetresultaten aanwezig is. Een groot aantal factoren bepaalt de ligging van de freatische lijn. Dat is de reden waarom deze methode is verlaten.

Defaultwaarden voor het effect van neerslag op de freatische lijn

Momenteel wordt geadviseerd om voor rivierdijken van klei voor het effect van extreme neerslag uit te gaan van een defaultwaarde voor de verhoging van 0,8 m op de freatische lijn ter plaatse van de binnenkruinlijn en het binnentalud.

Inmiddels is het voor rivierdijken gebruikelijk de situatie met extreme neerslag niet bij extreem hoog water maar alleen bij het optreden van gewoon hoog water te beschouwen. Daarbij is het uitgangspunt dat globaal de volgende effecten zullen optreden:

• Het tijdstip van de extreme neerslag zal niet samenvallen met het optreden van de extreme hoogwaterstand. In geval van extreme neerslag stijgt de freatische lijn ter plaatse van de binnenkruin en het binnentalud van de kleidijk met 0,5 tot 1,0 m ten opzichte van de freatische lijn onder normale omstandigheden.
• Het polderpeil stijgt in geval van extreme neerslag tot aan de gemiddelde maaiveldhoogte ter plaatse van de laagste gedeelten van de polder. Hierbij wordt verondersteld dat de bemaling van de polder uitvalt.
• De invloed van neerslag op de waterspanning van dieper gelegen lagen neemt af tot nul aan de onderkant van het slappe lagenpakket.

In figuur 2 en 3 zijn de schematisaties van de freatische lijn weergegeven voor een situatie bij optreden van extreem hoog water respectievelijk bij hevige neerslag.

In veel gevallen in de adviespraktijk zal het voldoende zijn om extreme neerslag in rekening te brengen conform bovenstaande aanbeveling. De voorgestelde verhoging van de freatische lijn bij extreme neerslag is waarschijnlijk voldoende realistisch.

In situaties in de adviespraktijk waar de te verwachten verhoging van de freatische lijn en waterspanning bij extreme neerslag beter onderzocht moet worden, of waar inzicht nodig is voor de initiële conditie in verband met het bestuderen van andere mechanismen, zal het moeilijk zijn om een precieze toename te voorspellen. Zowel extrapolatie van meetgegevens als het uitvoeren van berekeningen kan niet leiden tot een precieze voorspelling.

Voor een specifieke situatie zal er vrijwel nooit gelegenheid zijn om door middel van terrein- en laboratoriumonderzoek voor alle variabelen de juiste waarde vast te stellen. Er is een veelheid aan factoren die een rol spelen. Elk van deze factoren heeft binnen bijvoorbeeld een dijkvak een spreiding. Door het uitvoeren van gevoeligheidsberekeningen kan inzicht worden verkregen in de processen die een rol spelen bij de verhoging van de freatische lijn en de waterspanning door extreme neerslag. Natuurlijk is een realistisch beeld van de in situ te verwachten waarde van de variabelen en de daarbij behorende bandbreedte wel noodzakelijk. Metingen met waterspanningsmeters kunnen helpen een beeld te krijgen van de freatische lijn en de waterspanning in een dijk onder dagelijks omstandigheden. De resultaten van de berekeningen kunnen worden afgestemd op de resultaten van de metingen in de dijk. Verder is het aan te raden om bij de berekeningen uit te gaan van een tijdsafhankelijke neerslag.

De computerprogramma’s SEEP/W of PLAXIS (zie Rekenprogramma’s grondwaterstroming) zijn geschikt om een beeld te krijgen van het freatisch gedrag.