Buitenwaterstand stijgt

Het waterstandsverschil (verval) over de kering is de aandrijvende belasting van het faalmechanisme. Het verval betreft het niveauverschil tussen de buitenwaterstand en het niveau ter plaatse van het uittredepunt (= polderpeil of maaiveldniveau, afhankelijk van de locatie van het uittredepunt), Voor piping spelen zowel de hoogte van de waterstand als de duur van de waterstand een rol. De waterstand en waterstandsduur zijn afhankelijk van de locatie in het watersysteem van het buitenwater. Dit wordt beïnvloed door zaken als rivierafvoer, meerpeil, inzet stormvloedkeringen en stormopzet.

Toename van de waterstand leidt tot toename van waterspanningen in de watervoerende lagen. Wanneer het buitenwater in direct contact staat met het watervoerend pakket onder de kering, treedt deze stijging instantaan op. Dit is het geval in het bovenrivierengebied en langs de kust. In het benedenrivierengebied, bij de meren maar ook op de Wadden ligt op de bodem vaak een slecht doorlatende laag die zorgt voor een hydraulische weerstand. Door toename van de stroomsnelheid kan erosie van sliblagen optreden en de hydraulische weerstand van de bodem afnemen. De hydraulische weerstand van de bodem kan ook (tijdelijk) reduceren door baggerwerkzaamheden.

In het rivierengebied beïnvloedt de aanwezigheid van een voorland de stroming naar het watervoerend pakket. De mate waarin stroming naar het watervoerend pakket optreedt is afhankelijk van onder andere de aanwezigheid van een zomerkade, de deklaagdikte, de aanwezigheid van geulen (al dan niet meestromend), kolken, zandwinputten en sloten in de uiterwaarden.

De deklaag in het voorland biedt weerstand tegen de stroming naar het watervoerend pakket. De weerstand van het voorland zal niet sterk beïnvloed worden door het onderlopen van het voorland, omdat stroomsnelheden ter plaatse van het voorland lager zijn dan op het buitenwater.

Op de bodem van kolken, zandwinputten, nevengeulen en sloten zal veelal een sliblaag gevormd zijn die weerstand biedt tegen inzijgend water. De mate waarin deze weerstand afneemt tijdens een hoogwater hangt af van de stroomsnelheid, aanwezigheid van begroeiing, de eigenschappen van de sliblaag en de stromingsrichting. Het is de verwachting dat de aanwezigheid van sloten of gaten (m.u.v. kolken en zandwinputten) in het voorland slechts een minimaal effect heeft op de toename van de waterspanningen onder de kering. Nevengeulen kunnen vanaf bepaalde waterstanden meestromend worden. Als er in het watervoerend pakket in eerste instantie hogere waterspanningen zijn dan de freatische waterstand in de nevengeul of sloten (voordat de geul meestroomt of het voorland onderstroomt) kan de verticale stroming omhoog gericht zijn en de sliblaag uitspoelen.

Lokale erosie bij constructies als kribben, gebouwen, kaden/dijken, wegen maar ook langs randen van plassen en geulen kan de hydraulische weerstand in het voorland lokaal verlagen. De mate van (verwachte) erosie kan worden ingeschat door het beoordelen van (de verandering van) het stroombeeld in het gebied.

Als een voorland smal of niet-aanwezig is en waterspanningen vooral stijgen door intrede vanuit het buitenwater hebben de eigenschappen van het watervoerend pakket een relatief belangrijker effect op de toename in de waterspanningen. Anisotropie in het watervoerend pakket remt dan de toename van de waterspanningen, en dit is ook het geval voor situaties met horizontale gelaagdheid (waardoor de bulk doorlatendheid van het watervoerend pakket ook als anisotroop beschouwd kan worden).

Waterspanning stijgt binnendijks

Toename van waterspanningen in het watervoerend pakket - voor en onder de dijk - leidt tot verhoging van de stijghoogte aan de binnenzijde van de dijk. De mate waarin de stijghoogte toeneemt hangt af van de eigenschappen van het watervoerend pakket, de eigenschappen van de deklaag aan de binnenzijde en de geohydrologische situatie binnendijks. Door de hogere stijghoogte in het watervoerend pakket ontstaat een verticale stroming door de deklaag welke leidt tot kwel. Aan de binnenzijde van de dijk ontstaan natte plekken

De (geohydrologische) eigenschappen van het watervoerend pakket hebben vaak een geologische verklaring. De aanwezigheid van stuwwallen, rivierduinen en oude stroomgeulen, zijn erg belangrijk voor de doorlatendheid van het watervoerende pakket. De mate waarin de waterspanningen binnendijks toenemen hangt af van de doorlatendheid van het watervoerende pakket. Een lage doorlatendheid en een dun pakket zorgen voor minder toename van de waterspanningen in het achterland dan een dik doorlatend pakket.

Een gefundeerd pakket (kortsluiting tussen de Holocene en Pleistocene pakket) kent een hogere stroming (door de grotere doorlatendheid van het Pleistocene pakket) welke de waterspanningen in het watervoerend pakket beïnvloedt. Wanneer het watervoerend pakket bestaat uit afwissende lagen die grover en fijner zijn, geeft dit een lagere netto doorlatendheid dan een homogeen pakket waardoor er minder toename van de binnendijkse waterspanning is. De anisotropie van de doorlatendheid van het watervoerend pakket beïnvloedt ook de ontwikkeling van de stijghoogte onder de deklaag binnendijks, doordat er bij een lagere verticale doorlatendheid minder water bij de rivier het pakket intreedt en in het achterland weer omhoog stroomt.

Bij een meer doorlatende dunnere deklaag is er meer kwel naar het achterland, waardoor waterspanningen minder oplopen. De leklengte van het achterland is een belangrijke parameter die de toename van waterspanningen in het achterland beïnvloedt.

Het kan voorkomen dat het zandlichaam onder de dijk niet ver naar het achterland doorloopt, (maar wel onder de dijk uitkomt door de beperkte afmeting van bijvoorbeeld een geul bij rivierafzettingen) dit leidt tot een concentratie van stroming en hogere waterspanningen onder de deklaag.

De dynamiek van de grondwaterstand en de oppervlaktewaterstand hebben een belangrijke invloed op de toename van waterspanningen aan de polderzijde. Hoge gronden in het achterland kunnen bijdragen aan een sterkere toename van de waterspanning onder de deklaag wanneer deze zorgen voor een stroming van de hoge gronden richting de rivier. In het geval dat er binnendijks bemalen (peilbeheer) wordt remt dit de ontwikkeling van de waterspanningen onder de deklaag.

Het oppervlaktewaterbeheer beïnvloedt de waterspanningen ook. De aanwezigheid van een onverzadigde zone in het achterland remt de toename van de waterspanningen binnendijks, doordat er freatische berging in de onverzadigde zone is. De geschiedenis, (extreme) regenval of recente hoogwaters, beïnvloeden de bergingscapaciteit van het achterland en daarmee te toename van de waterspanningen. Daarnaast kunnen ook drainage maatregelen aanwezig zijn om de ontwikkeling van de waterspanningen onder de deklaag te remmen.