Gebruik (niet)-stationaire grondwaterstromingsmodellen - Bijlage 2 p30

Evaluatie peilbuiswaarneming bij een dijk op een meerlagen pakket (**)

In het dijkvak bij Vuren aan de Waal (zie figuur 2C.7) zijn jarenlang peilbuismetingen verricht in het kader van een project van de Technische Adviescommissie Waterkeringen (TAW). De interpretatie van de metingen in de verschillende zandlagen werd bemoeilijkt door de complexe geohydrologische samenhang. De hoogwatergolf is voor de interpretatie geschematiseerd tot een sinus (benadering). De zandlagen zijn als gescheiden systemen beoordeeld.

De analyse van de bovenste zandlaag (twee peilbuizen) levert na ijking een lekfactor op van λ = 152 m en een fictief in­treepunt op 77,5 m vóór peilbuis 7. Het intreepunt bevindt zich blijkbaar halverwege het voorland. De afdeklaag in het voorland blijkt te bestaan uit zeer doorlatende 'klei' die plaatselijk geheel afwezig is.

De analyse van de tweede zandlaag is gebaseerd op meer metin­gen. De ijking levert een meest waarschijnlijke waarde op voor de doorlatendheid van de tussenkleilaag k' = 10^-8m/s en de zwellingsconstante c' = 10^-6m/s. Beide regionale waarden zijn een factor 10 groter dan de meer lokale geotechnische waarden (zie figuur 2C.7).

Er wordt een lekfactor gevonden van λ = 836 m en het fictieve intreepunt op 172 m vóór peilbuis 1. Aangezien de werkelijke afstand van peilbuis 1 tot de rivier 155 m bedraagt, is er blijkbaar sprake van een intreeweerstand (sliblaag op rivier­ bodem). Bovendien kan gesteld worden dat de tussenkleilaag niet onderbroken is.
Er is voor deze situatie ook gekeken naar de corresponderende stabiliteit met behulp van glijcirkelanalyse, waarbij de effecten van niet-stationaire stijghoogte in de zandlagen zijn beschouwd. De veiligheidsfactor van het binnentalud levert een waarde 1,072 voor stationaire grondwaterstromingsaanpak en een waarde 1,878 voor de niet-stationaire aanpak.
De veiligheid tegen opbarsten (gedefinieerd als het gewicht van de bovenlagen gedeeld door de waterdruk eronder), bleek voor stationaire aanpak 1,07 en voor de niet-stationaire aanpak 1,53. Deze resultaten geven kwalitatief aan, dat het beschouwen van tijdsafhankelijke effecten in de stijghoogte­respons en rekening houdend met de tijdelijkheid van hoogwater een belangrijk voordeel kan opleveren bij de beoordeling van de actuele stabiliteit van een dijk. Naar aanleiding van deze uitkomsten is in het model WATEX een faciliteit opgenomen, waarmee ook een samenhangend meerlagensysteem voor willekeurige hoogwaterbelasting kan worden berekend. Tevens kan voor de ijking een relevante peilbuismeting in de analyse warden ingevoerd.

Evaluatie peilbuiswaarnemingen voor een dijk in het bovenrivierengebied

In het bovenrivierengebied is er geen getijdebeweging waarmee een schatting van de relevante parameters kan worden vastge­steld. Men moet wachten op significante fluctuaties in de rivierstand. Deze fluctuaties moeten voldoende hoog zijn; soms is dat voor een periode van jaren niet het geval. In principe kan dat jaarlijks tijdens hoogwatergolven. De uitwerking van peilbuismetingen kan geschieden met het model WATEX. Het model is gebaseerd op de methode van de transiënte lekfactor (zie bijlage 2B).

Als voorbeeld wordt de respons van stijghoogten gesimuleerd voor een dijkvak bij Pannerden tijdens de kerstvloed van 1993-1994. Het geologisch profiel is aangegeven in figuur 2C.8. De hoogwatergolf is geëxtrapoleerd uit de meting bij Lobith en weergegeven in figuur 2C.9.
Er is ook een hypothetisch sinusvormige hoogwatergolf als belasting bekeken. De basispotentiaal (vóór het hoogwater) is aangenomen gelijk aan 7.75 m

In figuur 2C.8 is aangegeven voor welke punten de berekeningen zijn uitgevoerd (zie punten 1 tot en met 9). Voor deze bereke­ning zijn geen echte waarnemingen beschikbaar. Het grote voordeel van deze aanpak is dat er op eenvoudige wijze direct inzicht kan worden verkregen in de wateroverspanningen in de slecht doorlatende lagen. Metingen in die lagen zijn minder eenvoudig. De wateroverspanningen in die lagen zijn evenwel essentieel voor de beoordeling van de stabiliteit onder maat­ gevende omstandigheden.
Voor een geschematiseerde sinusvormige hoogwatergolf (halve sinus-boog) is in figuur 2C.10 het verloop van de stijghoogte weergegeven op een afstand 50 m als functie van de tijd, namelijk de (veronderstelde) buitenwaterstand (1), de stijg­hoogte in de tweede zandlaag (2), de stijghoogte in de eerste zandlaag (3) en in de afsluitende toplaag op 1.50 m boven de zand-kleischeiding (9). In figuur 2C.11 is het verband weerge­geven tussen buitenwaterstand (1) en de toplaagpotentiaal (9). Het in- en uitloopeffect is duidelijk te herkennen.
In figuur 2C.12 is het verloop van de stijghoogten weergegeven op een afstand 250 m, en in figuur 2C.13 het verband tussen buitenwaterstand en stijghoogte in de eerste zandlaag. Voor de verklaring van het in- en uitloopeffect wordt verwezen naar bijlage 2B.