Software - Software

Voor het uitvoeren van grondwaterstromingsberekeningen ten behoeve van opbarst-, pipiingen heavecontroles zijn diverse computer’rogramma’s beschikbaar. De belangrijkste eigenschappen ervan worden hieronder beschreven.

In Tabel C.1 is een overzicht gegeven. Het gaat om in het kader van ENW/TAW-onderzoek ontwikkelde, speciaal voor opbarst-, piping- of heave-analyse bedoelde programma’s en de meest bekende algemene (multilti-purpose) waarmee (onderdelen) van die analyses kunnen worden uitgevoerd.

Tabel C.1 Overzicht algemeen computersoftware t.b.v. Opbarst-, Piping- en Heavecontroles

Dit overzicht is niet uitputtend en niet verplichtend. Met nadruk wordt gewezen op de in het algemeen snelle ontwikkeling van computermodellen, zodat de informatie aan veroudering onderhevig is; het overzicht is gebaseerd op de, voor zover bekend, huidige stand van zaken.

WATEX:

Ontwikkeld door: Deltares (M-Serie, in de toekomst D-Serie) Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: ja

Mogelijkheden/eigenschappen:

• opdijf- en pipinganalyse;
• berekening van fluctuaties van stijghoogtes door zee- en rivierpeil (cyclisch of willekeurig);
• berekening van stijghoogtes in twee watervoerende zandlagen, gescheiden door een klei- of veenlaag;
• aannames verticale stromingen in klei- of veenlagen, horizontale stroming in zandlagen;
• neemt consolidatieaspecten mee;
• niet-stationair (blokgolven);
• golfhoogte en golfduur kunnen worden opgegeven;
• analytisch model;
• quasi-2D in verticaal vlak.

Dit programma is ontwikkeld in het kader van het TAW–onderzoek, specifiek voor opbarst-, piping- en heaveanalyses. De ondergrond in een dijkdoorsnede kan in maximaal vier secties worden gespecificeerd. De vier sectie betreffen het rivierbed, het voorland, het achterland en het verre achterland. Elke sectie bestaat uit een watervoerend pakket (zandlaag) en een afdekkende laag (klei/veen). De passage van een hoogwatergolf is een tijdsafhanklijk proces. Tijdsafhankelijke waterdrukken hangen samen met consolidatie en stroming van grondwater. Watex berekent de tijdsafhankelijke drukken in de ondergrond onder varierende waterhoogtes in de rivier en tegen de dijk. Als randvoorwaarde wordt een tijdsafhankelijke potentiaal (lees: in de tijd varierende buitenwaterstand ten tijde van hoogwater) voorgeschreven op het voorland voor het dijklichaam. De potentialen (grondwater stijghoogtes) in een watervoerende grondlaag worden berekend als functie van de buitenwaterstand (zowel stationair als tijdsafhankelijk) op het voorland van het dijklichaam. Juist door tijdsafhankelijke in plaats van stationaire analyse van de waterdrukken kan scherper worden ontworpen en getoetst.

SPREADSHEET voor HEAVE-Controle:

In het kader van de ontwikkeling van de fragmentenmethode is een spreadsheetprogramma (QUATRO4 spreadsheet dat onder DOS draait) ontwikkeld, waarmee de koppeling van fragmenten, zoals besproken in Bijlage A op gebruiksvriendelijke manier kan worden uitgevoerd en het voor heave controle benodigde verticale verhang kan worden berekend.

Door de gebruiker kan een configuratie worden opgegeven bestaande uit:

• één voorlandfragment;
• één of meerdere tussenfragmenten;
• één eindfragment.

De door de gebruiker op te geven probleemvariabelen zijn:

• afmeting van de fragmenten
• inbeddingdiepten van de kwelschermen (= lengte van de kwelscherm / dikte van het watervoerende pakket)
• doorlatendheid van het zand in de fragmenten (deze kan per fragment verschillen; alleen isotrope doorlatendheden kunnen worden opgegeven);
• het aan te houden toelaatbare verhang (algemeen gebruikelijk is itoel = 0.5).

Het programma berekent het over de waterkering toegestane verhang (= waterstandsverschil binnen - buiten, gedeeld door de breedte van de kering). Gegeven een werkelijk optredend verhang in de ontwerpsituatie kunnen, door te spelen met de inbeddingdiepten van de kwelschermen, de benodigde inbeddingdiepten worden bepaald.

Indien de doorlatendheden niet isotroop zijn (bijvoorbeeld horizontale doorlatendheid groter dan verticale doorlatendheid) moet door verschaling van de fragmenten een isotrope situatie worden gesimuleerd. Dit kan in beginsel zowel door horizontaal als verticaal te verschalen; door uitsluitend horizontaal te verschalen worden aansluitingsproblemen tussen de fragmenten voorkomen. Let er wel op dat hierdoor de (reken)breedte van de waterkerende constructie verandert.

MSEEP:

Ontwikkeld door: Deltares (M-Serie, in toekomst D-Serie)

Het programma bestt uit een basismodule voor grondwaterstroming en een erosiemodule voor piping en heve berekeningen.

Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: ja

Mogelijkheden/eigenschappen:

• simuleren van 2-dimensionale vlakke stationaire en tijdsafhankelijke grondwater- stroming in volledig verzadigde grond, inclusief freatische randen;
• bepaling van de stijghoogte in een watervoerende zandlaag onder een dijk of kunstwerk en een erachter gelegen slecht deklaag ten behoeve van opbarstcontrole;
• bepaling van het stijghoogtepatroon in een watervoerende zandlaag onder een dijk of kunstwerk met kwelschermen ten behoeve van het bepalen van het verticale verhang in verband met heave controle;
• quasi-3D;
• stationaire stroming.

MPiping / MPiping-VNK:

Ontwikkeld door: Deltares voor Rijkswaterstaat/VNK Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: Eigendom van VNK

Mogelijkheden/eigenschappen:

Dit programma is ontwikkeld in het kader van het TAW-onderzoek. Met het programma kan een probabilistische piping-analyse worden uitgevoerd, gebaseerd op de (oude) regel van Sellmeijer en een eerste orde tweede moment probabilistische betrouwbaarheidsanalyse voor een doorsnede van de waterkering. In het programma zijn de afvoerfrequentielijnen van de Rijn, de Maas en de Waal verwerkt, evenals de betrekkingslijnen tussen rivierwaterstanden en afvoer voor de verschillende locaties langs deze rivieren. Het programma is in eerste instantie ontwikkeld en gebruikt in het kader van het opstellen van het semi-probabilistische rekenrecept voor de regel van Sellmeijer, dat door de werkgroep TAW- B in een Technisch Rapport is vrijgegeven [Calle & Weijers, 1994]. Een berekening van meerlagensystemenen is mogelijk.

SEEP/W:

Ontwikkeld door: GEO-SLOPE International Ltd (Canada) Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: vrij

Mogelijkheden/eigenschappen:

• simuleren van 2-dimensionale stationaire en tijdsafhankelijke stroming in volledig en gedeeltelijk verzadigde grond;
• numerieke grondwaterstromingsanalyse, gebaseerd op een Enige Elementen Methode;
• bepaling van de stijghoogte in een watervoerende zandlaag onder een dijk of kunstwerk en een erachter gelegen slecht doorlatende deklaag ten behoeve van opbarstcontrole;
• bepaling van het stijghoogtepatroon in een watervoerende zandlaag onder een dijk of kunstwerk met kwelschermen ten behoeve van het bepalen van het verticale verhang in verband met heave controle;
• 2D in verticaal vlak;
• niet-stationaire stroming.

Ten opzichte van WATEX biedt de numerieke aanpak met MSEEP en WSEEP bijna onbeperkte vrijheid in het samenstellen van de configuratie van de ondergrond en de doorlatendheidseigenschappen. Te denken valt aan het onderzoeken van effecten van:

• gelaagdheid van het watervoerende zandpakket (bijvoorbeeld fijn en grof materiaal);
• beëindiging van de zandlaag binnendijks;
• aanwezigheid van kwelschermen;
• niet isotrope doorlatendheid.

Nadeel van een aanpak met MSEEP of WSEEP ten opzichte van WATEX of andere (spreadsheet) programma’s ten behoeve van heave controle is dat de toesnijding op het probleem door de gebruiker zelf moet worden verzorgd. Daardoor is de benodigde tijd voor invoerpreparatie en interpretatie van berekeningsresultaten, ook bij ervaren programmagebruikers, aanzienlijk.

PLAXIS:

Ontwikkeld door: Technische Universiteit Delft (1987) en PLAXIS BV (1993)

Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: ja

Mogelijkheden/eigenschappen:

• multi purpose programma voor het uitvoeren van stabiliteits- en vervormingsberekeningen van grondlichamen
• gebaseerd op een Eindige Elementen Methode;
• bevat ook modules voor het uitvoeren van grondwaterstromingsanalyses en consolidatieberekeningen;
• numerieke grondwaterstromingsanalyse, gebaseerd op een Eindige Elementen Methode;
• bepaling van de stijghoogte in een watervoerende zandlaag onder een dijk of kunstwerk en een erachter gelegen slecht doorlatende deklaag ten behoeve van opbarstcontrole;
• bepaling van het stijghoogtepatroon in een watervoerende zandlaag onder een dijk of kunstwerk met kwelschermen ten behoeve van het bepalen van het verticale verhang in verband met heave controle;
• simuleren van 2-dimensionale stationaire en tijdsafhankelijke stroming in volledig en gedeeltelijk verzadigde grond;
• consolidatie is van toepassing bij problemen waarbij de tijdsafhankelijke stijghoogteverdeling in de zandlaag (bij opbarstproblemen) van belang is;
• niet toepassingsvriendelijk, toepassingen voor opbarst- of heave controles zijn mogelijk maar door intensieve invoer allen voor onderzoeksdoeleinden aan te bevelen.

MODFLOW:

Ontwikkeld door: United States Geological Survey

Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: vrij

Mogelijkheden/eigenschappen:

• 3D-stromingsmodel, cell-centered, verzadigde zone, Eindige Differentie Methode;
• stationaire en niet-stationaire grondwaterstroming (stress periods) beschrijven en simuleren;
• modulair opgebouwd (packages);
• berekeningen waarbij rekening wordt gehouden met drainage, neerslag, verdamping, putten, berging etc.;
• berekeningen waarbij wordt rekening gehouden met een ruimtelijke variatie van de laagdikte;
• 3D-grondwaterstromingsanalyses;
• stromingsmodellen rondom kunstwerken.

MicroFEM (Microcomputer Finite Element Method):

Ontwikkeld door: C.J. Hemker en R.G. de Boer

Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: vrij

Mogelijkheden/eigenschappen:

• 3D-modelleren (multilayer) van (in)stationaire grondwaterstroming;
• modulair opgebouwd;
• Eindige Elementen Methode;
• maximaal 4 dek- en watervoerende lagen;
• geen variatie in z-vlak (semi-3D);
• alleen voor grondwaterstromingsanalyses.

SEEP2D:

Ontwikkeld door: United States Army Corps of Engineers - Waterways Experiment Station

Bestuurssysteem: MS Windows

Licentie: vrij

Mogelijkheden/eigenschappen:

• 2D-modelleren van grondwaterstroming;
• stationaire en tijdsafhankelijke stroming;
• verzadigde en onverzadigde zone;
• heterogene watervoerende lagen;
• situaties met stromingdoor een dam/dijk;
• situaties met drains;
• situaties met stroming van putten.