Voor het beoordelen van de veiligheid van waterkeringen en het ontwerp van deze keringen is het van groot belang om kennis te hebben van de grootte van de hydraulische belastingen op de keringen. De grootte van de hydraulische belastingen kan verschillende oorzaken hebben. Op rivieren speelt de rivierafvoer een grote rol, langs de kust de wind. Dat maakt ook dat er niet één manier bestaat om  hydraulische belastingen langs alle waterkeringen uit te rekenen, met andere woorden er bestaat niet één belastingmodel voor heel Nederland. In dit artikel wordt uitgelegd hoe een belastingmodel is gedefinieerd en hoe de belastingmodellen van verschillende watersystemen in Nederland er uit zien. Hieruit volgt de definitie van watersysteemtype.

Bij het beoordelen of ontwerpen van een waterkering is de berekening van de faalkans van een (primaire) waterkering, rekening houdend met verschillende faalmechanismen, van groot belang. Bij de berekening van de faalkans spelen de statistiek van de lokale hydraulische belastingen en de statistiek van de lokale sterkte van de kering (in relatie tot de diverse faalmechanismen) een belangrijke rol. Naast de bepaling van de faalkans biedt Riskeer ook de optie om de statistiek van alleen de lokale hydraulische belastingen te bepalen.

Helaas is er geen (meet-) informatie beschikbaar over de lokale waterstanden en golven bij alle waterkeringen, waaruit de statistiek zou kunnen worden afgeleid. In de praktijk wordt daarom die statistiek afgeleid uit:

• de statistiek van de belangrijkste oorzaken van hoge lokale hydraulische belastingen (bedreigingen)
• de fysische relatie tussen die oorzaken van hoge belastingen en de lokale hydraulische belastingen

Voorbeelden van oorzaken van hoge belastingen zijn (hoge) afvoeren, windsnelheden en zeewaterstanden en zullen in het vervolg 'basisstochasten' worden genoemd. Hiervan wordt statistiek bepaald. Deze basisstochasten zijn gekoppeld aan een (referentie-)locatie of station. Voorbeelden van basisstochasten zijn de rivierafvoer bij Lobith en de wind bij Schiphol.

De wateren die een bedreiging kunnen vormen voor de primaire waterkeringen worden onderverdeeld in watersystemen (in Riskeer wordt dit ‘regio’ genoemd). Een watersysteem is een gebied waar de hydraulische belastingen bepaald worden door een specifieke combinatie van basisstochasten. Daarbij wordt onderscheid gemaakt tussen verschillende typen basisstochasten, zoals wind en afvoer, maar ook tussen basisstochasten van hetzelfde type, zoals afvoer bij Lobith en afvoer bij Borgharen. Figuur 1 geeft een grafische weergave van de indeling van de primaire waterkeringen naar de verschillende watersystemen. In Tabel 1 en 2  is  een overzicht gegeven van de watersystemen uit Figuur 1 en hun basisstochastcombinaties.

Er zijn vijf basisstochasttypes die in verschillende combinaties relevant zijn voor de verschillende watersystemen, namelijk:

• wind (snelheid en richting)
• rivierafvoer
• zeewaterstand
• meerpeil
• toestand van de stormvloedkering

Elk basisstochasttype heeft een specifieke definitie, die samenhangt met de focus op maxima, ook wel topwaarden genoemd. Zo is bijvoorbeeld de stochast 'zeewaterstand' gedefinieerd als het maximum van de waterstand over een getijperiode. De statistiek van de basisstochasten is gebaseerd op deze maxima.

Bij de basisstochasten is niet alleen de topwaarde zelf belang, maar ook de karakteristieke tijdschaal waarbinnen topwaarden zich voordoen. De topwaarden van wind en zeewaterstand worden bepaald door een storm in combinatie met het getij, en die fenomenen hebben een veel kortere duur dan een afvoergolf, die relevant is voor de topwaarden van afvoer en meerpeil. Wind en zeewaterstand noemen we daarom snelle stochasten, rivierafvoer en meerpeil trage stochasten.

Watersystemen  met eenzelfde combinatie van basisstochasttypes, bijvoorbeeld de combinatie van wind en meerpeil voor zowel het IJsselmeer als het Markermeer, worden beschouwd als hetzelfde watersysteemtype. Omdat de meerpeilstatistiek van IJsselmeer verschilt van die van het Markermeer, zijn het wel verschillende watersystemen. In totaal onderscheiden we zeven watersysteemtypes:

• Watersysteemtype Bovenrivieren
• Watersysteemtype Benedenrivieren
• Watersysteem IJssel- en Vechtdelta
• Watersysteemtype Meren
• Watersysteemtype Kust
• Watersysteemtype Oosterschelde
• Watersysteemtype Duinen

De watersysteemtypes worden gekarakteriseerd door een specifieke combinatie van basisstochasttypes. In Tabel 2 is voor elk van de zeven watersysteemtypes aangegeven uit welke combinatie van basisstochasttypes deze bestaan. Naast een specifieke combinatie van basisstochasttypes heeft ieder watersysteemtype daarmee samenhangend een eigen type events (definitie van bepalende hoogwatergebeurtenissen) en een eigen belastingmodel in de probabilistische modellering. Merk op dat voor de Hollandse IJssel en het Volkerak-Zoommeer geen aparte watersysteemtypes zijn gedefinieerd. Beiden zijn gebaseerd op het belastingmodel van de Benedenrivieren. Daar zijn de basisstochasten meerpeil Volkerak-Zoommeer en het falen van de Hollandse IJsselkering aan toegevoegd voor de respectievelijke regio’s.

^[1] Bij waterkeringen in open verbinding met de zee worden de lokale golfcondities mede bepaald door de golfcondities aan een open rand van het water. In de meeste gevallen wordt echter verondersteld dat deze golfcondities volledig gecorreleerd zijn aan de stochast wind. Alleen voor duinwaterkeringen worden naast de zeewaterstand in plaats van de wind juist de golven op de gebiedsrand als (oorzaak van de lokale) hydraulische belastingen beschouwd.