Dit artikel benoemt de uitgangspunten in die worden gehanteerd bij het afleiden van de hydraulische belastingen.

Parameters voor de lokale hydraulische belastingen

De lokale hydraulische belastingen bestaan uit waterstanden en golfcondities (hoogte, periode en richting) nabij de waterkering. Nader gespecificeerd betreft het de parameters:

• stilwaterlijn ten opzichte van NAP
• significante golfhoogte (H_s Significante golfhoogte [m] en H_m0 Significante golfhoogte [m] worden als gelijkwaardig beschouwd)
• piekperiode (T_p) en/of spectraal gewogen periode (T_m-1,0)
• golfrichting (waar de golven vandaan komen) ten opzichte van Noord, volgens nautische conventie

Deze belastingparameters zijn mede zo gekozen omdat hiermee een voor de modellering praktische 'knip' wordt gelegd tussen belastingen en sterkte:

• De parameters bevatten voldoende informatie over hydraulische belastingen voor de beschouwde grenstoestandfuncties; hiernaast is alleen nog informatie over de kering nodig.
• De waarden van deze belastingparameters zijn zelf in elk geval in eerste benadering onafhankelijk van de kenmerken van de kering.

Deze 'knip' tussen belastingen en sterkte wordt nader toegelicht in het gelijknamige artikel.

Een kanttekening bij deze selectie van parameters wordt geplaatst in de paragraaf Focus op initiële mechanismen, topwaarden van de belasting.

De betekenis van 'lokaal' wordt nader beschouwd in de paragraaf Wat betekent 'lokaal?

Onzekerheid rond hydraulische belastingen in de probabilistische modellering

De belastingparameters (waterstanden en golfcondities) kennen een natuurlijke variabiliteit: er is sprake van inherente onzekerheid (Inherente, statistische en modelonzekerheden). Het omgaan met de inherente onzekerheid rond de hydraulische belastingen vormt een belangrijk onderdeel van de probabilistische rekenmethode voor de overstromingskansbepaling: het is nodig de inherente onzekerheid rond de lokale waterstanden en golfcondities statistisch te kwantificeren. Zie verder de paragraaf Verwerking inherente onzekerheid in de probabilistische modellering.

De probabilistische rekenmethode houdt overigens naast de inherente onzekerheid óók rekening met kennisonzekerheid rond de belastingparameters, zie verder de paragraaf Verwerking kennisonzekerheid rond hydraulische belastingen.

Verwerking inherente onzekerheid in de probabilistische modellering

De normen van onze waterkeringen zijn zo streng dat het vrijwel altijd onmogelijk is de maatgevende belastingen puur op basis van meetreeksen te bepalen. De normen komen immers overeen met herhalingstijden van honderden tot (tien)duizenden jaren, en maatgevende gebeurtenissen zijn daarmee veel te zeldzaam om voldoende vaak te kunnen meten. Bovendien is het praktisch gezien niet haalbaar om voor elk keringvak over een zeer lange én representatieve meetreeks te beschikken. En dat al helemaal niet als voor het bepalen van ontwerpbelastingen rekening moet worden gehouden met bijvoorbeeld een rivierverruiming die nog in aanleg is, en een toekomstige klimaatverandering die nog moet plaatsvinden. In de huidige modellering wordt daarom die statistiek afgeleid uit:

• De statistiek van de belangrijkste bronnen voor hoge lokale hydraulische belastingen: de bedreigingsbronnen.
• De fysische relatie tussen die bedreigingsbronnen en de lokale hydraulische belastingen.

Figuur 1 toont een vereenvoudigd stroomschema met kernelementen van de probabilistische modellering voor de overstromingskansbepaling. In dit schema geldt:

• De blauwe blokken bevatten informatie, gegevens.
• De gele blokken bevatten bewerkingen, rekenmodellen, processen.
• De pijlen geven de richting van de informatiestroom aan.

Dit schema wordt nader toegelicht in Inbedding hydraulische belastingen in probabilistisch modellering voor overstromingskansbepaling.

Verwerking kennisonzekerheid rond hydraulische belastingen

De probabilistische rekenmethode houdt naast de inherente onzekerheid óók rekening met kennisonzekerheid rond de hydraulische belastingen. Kennisonzekerheid bestaat zowel uit de statistische onzekerheid als de modelonzekerheid. De statistische onzekerheid heeft betrekking op de onzekerheid rond de statistiek van de basisstochasten. Dit wordt nader uitgewerkt in Inherente, statistische en modelonzekerheden. De modelonzekerheid heeft betrekking op de fysische relatie tussen de basisstochasten en de lokale hydraulische belastingen. Dit wordt nader uitgewerkt in Modelonzekerheden in lokale belastingen.

Focus op initiële mechanismen, topwaarden van de belasting

Traditioneel wordt een hoge belasting primair geassocieerd met hoge waterstanden en/of hoge golven. Bovendien werd in de faalmechanismemodellen tot nu toe gewerkt met een faaldefinitie die voor een groot deel samenhangt met een initieel mechanisme: een 'begin van bezwijken'. Dit heeft in de rekenmethode voor waterveiligheid geleid tot een focus op topwaarden van de belastingparameters, zowel wanneer een vaste periode van een jaar wordt beschouwd als wanneer specifieke belastinggebeurtenissen worden beschouwd. Merk op dat in bijna alle achtergrondrapporten wordt gesproken van een ‘event’ of ‘belasting-event’ in plaats van belastinggebeurtenis. Met alle drie de termen wordt hetzelfde bedoeld, namelijk een combinatie van basisstochastwaarden waarvoor de belasting database fysica de lokale (top-)waarden van de belastingparameters bevat. In deze Technische Leidraden zal van de term belastinggebeurtenis gebruik worden gemaakt, maar deze dient volledig equivalent te worden beschouwd met de termen ‘event’ of ‘belasting-event’ in achtergronddocumentatie.

Naast de topwaarden van de hydraulische belastingen is voor diverse faalmechanismemodellen echter óók behoefte aan informatie over:

• de belastingduur, netter verwoord: het verloop van de hydraulische belasting in de tijd binnen een representatief belastinggebeurtenis, zie de paragraaf Het verloop van de hydraulische belasting in de tijd binnen een belastinggebeurtenis

en/of

• dagelijkse belastingomstandigheden, zoals het gemiddeld laag water (GLW), zie de paragraaf Karakteristieke waarden voor dagelijkse omstandigheden.

Het verloop van de hydraulische belasting in de tijd binnen een belastinggebeurtenis

Met de kennisontwikkeling rond faalmechanismen zijn faalmechanismemodellen doorontwikkeld. Aanvankelijk werd daarbij alleen gerekend met informatie over de top van de belasting. Maar inmiddels is in steeds meer gevallen óók informatie over het verloop van de hydraulische belasting in de tijd binnen een belastinggebeurtenis van belang geworden. Dit geldt al voor de huidige modellen met de focus op initiële mechanismen, zoals schade aan de dijkbekleding, maar geldt nog sterker als in het faalmechanismemodel ook rekening gehouden gaat worden met de vervolgmechanismen tot aan feitelijke overstroming, zoals de erosie van de dijkkern.

De beschrijving van de variatie van de hydraulische belastingparameters in de tijd binnen een belastinggebeurtenis in de huidige modellering is vooralsnog pragmatisch eenvoudig ingevuld: er is gekozen voor een (per deelgebied en faalspoor verschillende) representatieve lijn, die het waterstandsverloop ten opzichte van de topwaterstand weergeeft. Zie verder Bepaling van het representatief verloop in de tijd.

Ook de onzekerheid rond het verloop van de belasting in de tijd wordt nog niet expliciet gemodelleerd in het probabilistisch model.

Karakteristieke waarden voor dagelijkse omstandigheden

Voor sommige mechanismemodellen zijn karakteristieke waarden voor dagelijkse omstandigheden met betrekking tot lokale waterstanden nodig. Denk hierbij bijvoorbeeld aan grasbekleding erosie buitentalud, afschuiven in buitenwaartse richting en zettingsvloeiing voorland. Dergelijke karakteristieke waarden zijn afgeleid uit de 'waternormalen', zie hiervoor de websites van Rijkswaterstaat over waterdata en Waterkwantiteit - Waterinfo Extra.

Focus op het winterhalfjaar

De kans op overstroming varieert binnen een jaar; is afhankelijk van het seizoen: in de zomer is de kans op een extreme storm en/of afvoer relatief klein. In de huidige probabilistische modellering wordt pragmatisch met deze variatie omgegaan:

• er wordt geen rekening gehouden met een bijdrage van het zomerhalfjaar aan de kans op overstroming en
• binnen het winterhalfjaar wordt geen onderscheid gemaakt naar kansbijdragen van deelperioden: het winterhalfjaar wordt statistisch gezien als homogeen beschouwd.

Zie verder het artikel Inherente, statistische en modelonzekerheden.

Vereenvoudigde rol waterkeringen in fysisch gedrag watersysteem

Bij de modellering van het fysisch gedrag van het watersysteem worden vereenvoudigende aannames gehanteerd over de rol van de waterkeringen. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen keringen die een dijkringgebied beschermen en voorliggende keringen.

Onfeilbare dijkringgebiedbeschermende keringen

Er wordt vanuit gegaan dat al het water binnen het watersysteem blijft; er vindt géén overstroming van een dijkringgebied vanuit het watersysteem plaats. Dit betekent dat - bij de betreffende berekeningen - impliciet wordt aangenomen dat de dijkringgebiedbeschermende waterkeringen oneindig hoog en sterk zijn.

Het uitgangspunt dat de feitelijke kenmerken van de kering (zoals keringtype, profiel, ruwheid, hoogte) geen invloed hebben op de fysische relatie tussen basisstochasten en lokale hydraulische belasting hangt hiermee samen.

Merk op dat dit uitgangspunt wel ruimte laat om rekening te houden met het effect van een overstroming die buiten het beschouwde watersysteem plaatsvindt. Maar daar moet dan wel expliciet toe besloten worden. Twee concrete gevallen waar dit wordt toegepast zijn:

• Het effect van overstromingen van de Maaskades in het bovenstroomse deel van de Maas (Watersysteem Bovenmaas) wordt meegenomen bij het beschrijven van de afvoerstochast voor het benedenstroomse deel van de Maas (benedenstrooms van Boxmeer).
• Het effect van overstromingen in het buiten Nederland gelegen bovenstroomse gebied van de bovenrivieren wordt meegenomen bij het beschrijven van de afvoerstochast aan de bovenstroomse rand (op de landsgrens) van het watersysteem.

Overstromingen in België en Duitsland worden meegenomen als ze bovenstrooms van respectievelijk Eijsden en Lobith optreden. Overstromingen achterlangs de dijken (negatieve systeemwerking) worden niet meegenomen. Overstromingen in België bij het mijnzakkingsgebied ter hoogte van Born worden niet meegenomen De effecten van overstromingen in België zijn bekend uit de betreffende beleidsstudies.

Varianten van feilbaarheid bij dijkringverbindende keringen

Bij dijkringverbindende keringen is de aanpak iets meer gedifferentieerd. Bij elke dijkringverbindende kering wordt één van de volgende drie aanpakken gevolgd:

1. De kering wordt oneindig hoog en sterk verondersteld en vormt daarmee - net alsdijkringgebiedbeschermende keringen - een buitenrand van het watersysteem. Voorbeelden hiervan zijn de Afsluitdijk en de Houtribdijk.
2. De kering wordt oneindig sterk verondersteld, maar omdat de overstroombaarheid een relevante karakteristiek wordt geacht, wordt de correcte hoogte van de kering in de waterstandsmodellering in rekening gebracht. Voorbeelden hiervan zijn de dijk Ramspol-IJsselmuiden en de hoge grond van de Europoort kering (tussen Maeslant- en de Hartelkering).
3. De kering wordt zowel eindig hoog als eindig sterk (i.c. feilbaar) verondersteld. Deze aanpak wordt alleen toegepast bij enkele stormvloedkeringen, dat wil zeggen een beweegbaar deel van een dijkringverbindende kering. Dit betreft:
   1. de Balgstuw Ramspol,
   2. de Europoortkering (de combinatie van Maeslantkering, Hartelkering en tussengelegen hoge grond),
   3. de Algerakering (Hollandsche IJsselkering) en
   4. de Oosterschelde stormvloedkering.

'Lokaal' betekent in de context van de hydraulische belastingen 'ter plaatse van de teen van de waterkering'.

In de praktijk worden condities alleen bepaald op vooraf geselecteerde locaties  de 'uitvoerlocaties'. In de huidige modellering zijn geen uitvoerlocaties die daadwerkelijk ter plaatse van de teen liggen. Voor de basisset uitvoerlocaties geldt dat deze locaties weliswaar nabij, maar nog steeds wel op enige afstand van de teen liggen.

De gebruiker kan de condities op deze uitvoerlocaties representatief achten voor de teen van de beschouwde waterkering, maar kan er ook voor kiezen (wanneer daar een fysisch overtuigende aanleiding voor is) de condities naar de teen te vertalen, rekening houdend met het effect van een eventuele dam en/of een voorland tussen de uitvoerlocatie en de teen, zie Transformatie hydraulische belastingen naar de teen.

Afhankelijk van het beschouwde watersysteem bestaan naast de basisset uitvoerlocaties nabij de waterkering nog andere sets uitvoerlocaties. Voorbeelden daarvan zijn:

• uitvoerlocaties nabij het begin van een voorland
• uitvoerlocaties nabij de ingang van een haven
• uitvoerlocaties in de as van een rivier
• uitvoerlocaties op meetlocaties