Zoeken in deze site

Inhoudsopgave


Omgang met pipegroei onder voorland D-GeoFlow

Inleiding

De berekende kritieke pipelengte (Lc) in D-GeoFlow is van belang voor het meenemen van de intredeweerstand van het voorland voor pipinganalyses. Wanneer de rekenregel van Sellmeijer wordt gebruikt kan voorland maar beperkt meegenomen worden. De pipe mag daarbij niet onder het voorland komen, omdat toestroom van bovenaf naar de pipe niet wordt meegenomen in dat model. Daarnaast kan het alsnog onwenselijk zijn dat de pipe onder het voorland komt omdat dan het risico op kortsluiting bestaat, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van scheuren. Idealiter wordt de kans op kortsluiting expliciet in rekening gebracht op basis van de mate van ontwikkeling van de pipe en de eigenschappen van de deklaag. Hier zijn op dit moment echter nog geen tools voor beschikbaar. Omdat het wegen van de kans op kortsluiting nog vragen oproept, wordt in de beoordeling veelal aangehouden dat de pipe niet onder het voorland mag ontwikkelen. In een situatie met een ondoorlatende deklaag, zoals in de regel wordt aangenomen, zal de kritieke pipe-lengte niet groter zijn dan de helft van de kwelweglengte. Dit heeft geleid tot de regel dat de totale kwelweglengte niet groter mag zijn dan 2x de dijkbasis.

In D-GeoFlow kan het voorland realistischer meegenomen worden dan in de regel. In D-GeoFlow wordt namelijk een kritieke pipelengte berekend, en daarnaast wordt de toestroom vanuit de deklaag wel meegenomen in de grondwaterstromingsberekening. Twee aspecten die wel spelen zijn:

  1. Er is nog onbekendheid over de situatie waarbij de pipe gevoed wordt vanuit de deklaag. Hoe goed voorspelt het model de werkelijkheid in deze situatie, gegeven een correcte invoer? Naar verwachting leidt de instroom van bovenaf niet tot een wijziging van het erosieproces, en is de modelonzekerheid niet groter dan zonder instroom door het voorland. Als er geen risico is op kortsluiting is er geen bezwaar wanneer de pipe onder het voorland uitgroeit (bij een dikke deklaag zal de instroming ook verwaarloosbaar zijn).
  2. Modelonzekerheid met betrekking tot de lengte van de pipe. De voorspelling van pipelengte is nooit gevalideerd, en een tussenantwoord bij de berekening van het kritieke verval. De berekende pipelengte bij het kritieke verval is sterk beïnvloed door de leklengte van het achterland en 3D effecten. Daarom is de onzekerheid hiervoor groter naarmate de situatie meer 3D is. De berekende kritieke pipelengte is van belang als er kans op kortsluiting in het voorland bestaat.

De voorliggende tekst schetst een concept raamwerk voor de omgang met de kritieke pipelengte in een analyse met D-GeoFlow wanneer kortsluiting in het voorland kan optreden. Dit betreft een discussiestuk dat op basis van verdere ervaringen doorontwikkeld kan worden. Doel hiervan is om aan de gebruiker aan te geven hoe deze de resultaten van D-GeoFlow kan duiden en om inzicht te bieden wanneer het zin heeft hier nader onderzoek naar te doen.

Stappenplan

In onderstaande redenering wordt uitgegaan van een voorland met dunne deklaag met zwakke plekken, waardoor het in eerste instantie wenselijk is dat de pipe onder de dijkbasis blijft. Een vergelijkbare denklijn geldt wanneer er op bepaalde afstand van de dijk bijvoorbeeld een sloot is waar kortsluiting op kan treden, echter dan kan de breedte van de dijkbasis (DB) vervangen worden door de afstand tussen het uittredepunt en de sloot (als tussen de buitenteen en de sloot geen risico op kortsluiting bestaat).

  1. Berekening in D-GeoFlow uitvoeren om kritiek verval (Hc) en de basis pipelengte bij het kritieke verval (Lc;basis) te bepalen.
Opgemerkt wordt dat Lc Kritieke kwelweglengte [m] sterk wordt beïnvloed door:
  1. de meshgrootte langs de pipe.
  2. afstroming naar het achterland.

Deze effecten zijn voor Lc meer van belang dan voor Hc kritiek verval [m]. Een goede schematisatie en mesh verfijning draagt bij aan het verkleinen van de onzekerheden rondom de berekende Lc.

  1. Gevoeligheidsanalyse voor het effect van laagopbouw, doorlatendheid, en anisotropie op Lc en bepaling van de maximale Lc, Lc;max en bijbehorende Hc;max. Hierbij valt te denken aan variaties van ondergrondscenario’s voor bodemopbouw, berekeningen met verwachtingswaarden, 95%-boven en -ondergrenswaarden van de doorlatendheden en anisotropie factoren.

De boven en ondergrenswaarden zijn van belang omdat het effect van de parameters op Lc Kritieke kwelweglengte [m] anders kan zijn dan op Hc kritiek verval [m]. Met andere woorden wat conservatief voor Hc is kan juist leiden tot een lagere Lc en vice versa, dat geldt ook voor ondergrondscenario’s. De gevoeligheidsanalyse dient voldoende inzicht te bieden in de bandbreedte van de pipelengten die verwacht kan worden, en op basis hiervan kan de maatgevende combinatie parameters voor Lc bepaald worden, die leidt tot de maximale pipelengte Lc;max. (n.b. het kritieke verval bij die lengte Hc Lmax kan hoger zijn dan het Hc in Stap 1). Gezien de onzekerheden m.b.t. de pipelengte en de invloed van parameters op de pipelengte, is dit een eerste benadering. Benadrukt wordt dat het valideren van de pipe-lengte en het ontwikkelen van een veiligheidsfilosofie tot een meer gewogen uitkomst kan leiden, waarin combinaties van kritiek verval en pipe-lengte expliciet meegenomen kunnen worden.

  1. De verhouding van Lc;max ten opzichte van de breedte van de dijkbasis (DB) is van belang voor de omgang met de resultaten. Daarnaast is de mate van 3D stroming in het achterland van belang. Deze beïnvloedt de onzekerheid van de berekende Lcmax. De uitgevoerde berekening gaat immers uit van een 2D stromingspatroon. De mate van 3D stroming hangt af van zowel leklengte van het achterland als de breedte (loodrecht op het dwarsprofiel) van de piping gevoelige zandbaan. Een 2D-situatie is bijvoorbeeld waar geen deklaag in het achterland aanwezig is of waar een sloot aanwezig is die door de deklaag snijdt. Een 3D- situatie zou een oneindig brede pipinggevoelige zandbaan en een relatief ondoorlatende deklaag zijn

Onderstaande grafiek geeft aan hoe afhankelijk van deze eigenschappen omgegaan kan worden met het in D-GeoFlow berekende kritieke verval.

A white rectangle with blue lines AI-generated content may be incorrect.
Figuur 1: Hoe omgegaan kan worden met het in D-GeoFlow berekende kritieke verval

De berekende pipelengte is onzeker, zelfs bij een 2D situatie is de vraag in hoeverre het model betrouwbaar is. Daarom is in bovenstaande figuur een eerste inschatting gemaakt dat de Lc;max maximaal 0,8 maal de DB kan zijn. Die factor 0,8 is daarbij een eerste inschatting van een modelfactor, die echter nader onderbouwd dient te worden en mogelijk aangepast kan worden.

Er zijn twee gebieden:

Gebied 1. Als het onwaarschijnlijk is dat de pipe bij de parametercombinatie voor Lc;max, onder de dijkbasis uit zal groeien, lijkt het verantwoord om de berekende Hc van stap 1 te gebruiken voor het bepalen van de faalkans. Dezelfde overwegingen gelden voor de omgang met het kritieke verval.

Opgemerkt wordt:

  • dat de Lc;basis dan korter kan zijn dan Lc;max. Echter vooralsnog wordt gezien de onzekerheid omtrent pipelengte uitgegaan van Lc;max. Zo kan verval HcLmax bij de schematisatie van Lcmax ook hoger zijn dan Hc. De gesuggereerde aparte omgang met Hc en Lc;max dient ter ondervanging van kennisonzekerheden, dit kan mogelijk aangescherpt worden. In het kader van ‘van grof naar fijn werken’ wordt deze aanscherping vooral aanbevolen als de resultaten in gebied 2 liggen.
  • dat het beschouwen van de resultaten van een D-GeoFlow berekening door een expert in verband met de prototype status van D-GeoFlow altijd aangeraden wordt.

Gebied 2. Als het mogelijk is dat de pipe onder het voorland uitkomt, dient het risico op kortsluiting nader te worden onderzocht. Wanneer de berekende Lc;max in gebied 2 komt zijn er 2 opties, waarvan het logisch lijkt die in deze volgorde uit te voeren:

  1. Bepaling gereduceerd verval waarbij Lc in gebied 1 valt.
  2. Expertoverleg over omgang met de resultaten en het risico van kortsluiting

Voor optie 1 is hier een voorstel voor een werkwijze gedaan voor een 2D-situatie.

1a. In de resultaten van D-GeoFlow (pipelengte vs. verval grafiek) nagaan wat het verval HDB is waarbij Lc;max ≤ 0,8DB.

Opgemerkt wordt dat dit wordt gedaan voor de parameter combinatie die leidt tot Lc;max in Stap 2.

1b. De verhouding van dit verval tot het kritieke verval in die parametercombinatie is een reductiefactor RHc.

𝑅𝐻𝑐 = 𝐻𝐷𝐵/𝐻𝑐𝐿𝑚𝑎𝑥

1c. RHc kan toegepast worden op het kritieke verval Hc uit stap 1 om een gereduceerd kritiek verval te bepalen waarbij het aannemelijk is dat de pipe onder de dijkbasis blijft, en om na te gaan of hiermee de faalkans al voldoende klein is.

𝐻𝑐𝑅 = 𝑅𝐻𝑐 × 𝐻𝑐

De gesuggereerde aparte omgang met Hc (bepaald in Stap 1) en Lc;max (bepaald in Stap 2) dient ter ondervanging van kennisonzekerheden, dit kan mogelijk aangescherpt worden.

In optie 2: een expertoverleg kan voor een specifieke situatie nader beschouwd worden:

  • Wat de mate van onzekerheid rondom de berekende pipelengte is, en in hoeverre er aanscherping mogelijk is in dit opzicht. Door voor verschillende projecten/locaties specifieke aanscherpingen uit te werken kan op termijn ook een generieke aanscherping afgeleid worden.
  • In hoeverre de kans op kortsluiting reëel is en of het aannemelijk is dat dit direct bij de buitenteen van de dijk zal gebeuren. Op basis van geologische en geohydrologische inzichten kan een inschatting gemaakt worden van de kans dat zwakke plekken in het voorland ook daadwerkelijk in de baan van de pipe liggen en zorgen voor kortsluiting. Door deze kans expliciet mee te nemen, in plaat van er van uitgaan dat de pipe direct bij de buitenteen kortsluiting maakt, kan de faalkans aangescherpt worden.

Versies