Sensitivity of assessment of grass for time dependent loads : mechanisms related grass erosion outer and inner slope

Als onderdeel van de periodieke beoordeling van de Nederlandse wateringen worden hydraulische randvoorwaarden vergeleken met de sterkte van de waterkering om zodoende een beeld van de kans op falen van de waterkering te kunnen bepalen. Hierbij wordt naar verschillende mechanismen gekeken, zoals falen door macro-stabiliteit, piping en bekledingen. De meeste van deze mechanismen werden in het verleden (en worden op dit moment) beoordeeld op basis van piek waterstanden en golfcondities gedurende een storm. Met de overgang naar de overstromingskansbenadering zijn een aantal mechanismen (met name de mechanismen gerelateerd aan grasbekleding) aangepast, waarbij deze naar de cumulatie van schade gedurende een storm kijken. Dit betekent dat het verloop van de belastingen voor deze mechanismen wellicht belangrijker gaat worden (in plaats van alleen de piekwaarden). Dit heeft tot gevolg dat het mogelijk van belang wordt om de hydraulische belastingen in termen van tijdsreeksen te gaan beschrijven in plaats van piekwaarden. Hierbij dienen conform de overstromingskansbenadering de onzekerheden expliciet te worden meegenomen.

Specifiek de mechanismen gerelateerd aan grasbekleding (GEKB en GEBU) zijn overgestapt naar een cumulatieve aanpak. Tegelijkertijd zijn de beschikbare modellen voor het bepalen van de hydraulische belastingen (zoals Hydra-Ring of Hydra-NL) nog niet in staat om tijdafhankelijke belastingen aan te leveren. Ten behoeve van het prioriteren van onderzoek naar hydraulische belastingen is het van belang om te weten welke mate van nauwkeurigheid benodigd is voor het verkrijgen van een goede schatting van de overstromingskans.

In deze studie wordt de gevoeligheid van de faalkans als gevolg van de mechanismen GEKB en GEBU voor de tijdafhankelijkheid van de hydraulische belastingen onderzocht. Deze analyse wordt uitgevoerd met de cumulatieve benadering voor deze mechanismen omdat daarmee rekening wordt gehouden met de tijdsafhankelijkheid. Effectief maakt dit het mogelijk om de tijdsafhankelijke ontwikkeling van waterstanden en golfcondities binnen een storm met een bepaalde piekduur en basisduur (totaal storm duur) in rekening te brengen.

De gevoeligheidsanalyse wordt uitgevoegd voor drie watersystemen (IJsselmeer, Waddenzee en Bovenrijn selectie) met tenminste twee locaties per watersysteem. Hierbij worden de volgende schematisaties van het tijdsverloop van de belastingen beschouwd:

• Constante waterstand en golfcondities (reekstype 0)
• Constante waterstand en een trapeziumvorming verloop van de golfcondities (reekstype 1)
• Trapeziumvorming verloop van de windgedreven opzet en golfcondities (reekstype 2/3)

Uit de gevoeligheidsanalyses volgt dat het toevoegen van een tijdsverloop aan de belastingen tot een betere beschrijving van de overstromingskans leidt. Het toevoegen van de flanken van de storm van de golfcondities (in tegenstelling tot een eenvoudige blokvorm met een duur gelijk aan de piekduur van de trapezium) leidt tot een toename van de faalkans, terwijl het toevoegen van een trapeziumvorming verloop van de waterstand tot een afname van de faalkans leidt. Dit geldt voor zowel het mechanisme GEKB als het mechanisme GEBU.

De gevoeligheidsanalyse heeft ook laten zien dat het hanteren van een goede verwachtingswaarde voor het tijdsverloop tot een goede benadering leidt van de faalkans. Het expliciet toevoegen van de onzekerheden ten aanzien van deze tijdsverlopen lijkt geen significante invloed te hebben op de overschrijdingscurves. Op grond hiervan wordt geconcludeerd dat het voor de beschouwde watersystemen/locaties wellicht afdoende is om te rekenen met een deterministische beschrijving van de tijdsafhankelijke verlopen binnen een storm.

Aanbevolen wordt om deze analyse uit te breiden naar andere mechanismen (bijvoorbeeld macro-stabiliteit, pipig etc.) en andere watersystemen om vast te stellen of deze conclusies voldoende generiek zijn. Verder wordt aanbevolen om na te gaan of er nog nieuwe inzichten zijn ten aanzien van de verwachtingswaarden waarmee bijvoorbeeld de piekduur wordt beschreven.

Tot slot volgt uit de analyse dat de beperkte invloed van de tijdsafhankelijke beschrijving van de hydraulische belastingen waarschijnlijk toe te wijzen is aan de sterke correlatie tussen waterstand en golfcondities voor de beschouwde locaties. Aanbevolen wordt om na te gaan of er een drempelwaarde (of andere indicator) bestaat waarmee vooraf vastgesteld kan worden of een locatie wel/niet gevoelig is voor tijdsafhankelijke belastingen.

Dit is een rapport van Kennis voor Keringen (Rijkswaterstaat/Deltares)
Voor meer informatie over deze ontwikkelingen neem contact op via IPLO.NL