Fenomenologische procesbeschrijving

Het faalmechanisme duinafslag treedt specifiek op voor de primaire duinwaterkeringen langs de Noordzeekust. Tijdens zware stormen op het Noordzeebekken treedt er waterstandopzet door wind op. In combinatie met het getij leidt dit tot een hoge waterstand: het stormvloedpeil. Deze stormen zijn ook verantwoordelijk voor de groei van (wind)golven die worden beschreven met een golfhoogte en een golfperiode. Stormvloedpeil, golfhoogte en golfperiode vormen daarom de basis voor de Hydraulische Randvoorwaarden voor duinafslag.

Wanneer windgolven de ondiepe kust naderen, breken er veel golven. De hoeveelheid golfbreking wordt bepaald door de lokale waterdiepte. Bij de golfbreking gaat een deel van de golfenergie verloren, waardoor de golfhoogte lager wordt. Maar bij de golfbreking ontstaan ook zogenaamde lange golven met een periode gelijk aan 5 – 10 keer de golfperiode van de gebroken windgolven, zie Figuur 9.1. Deze lange golven breken pas veel later en zijn daarom in staat om het duinfront gemakkelijker te belasten dan de windgolven.

Figuur 9.1 Belasting van een duin door windgolven en lange golven

De sterkte van een duinwaterkering is gelegen in de vorm en het volume zand dat in een duinwaterkering aanwezig is. Dat laat zich beschrijven met een dwarsprofiel, loodrecht op de kustlijn. Daarnaast is de korreldiameter van het zand van belang, waarbij een grotere korreldiameter voor minder duinafslag zorgt.

Onder invloed van golven, stromingen en wind hebben duinwaterkeringen een dynamisch karakter. Reeds onder normale omstandigheden vindt er transport van zand plaats waardoor op de ene locatie zand erodeert en op een andere locatie aanzanding optreedt. Om structurele erosie tegen te gaan waardoor uiteindelijk duinwaterkeringen zouden kunnen falen, voert het Rijk sinds 1990 een kusthandhavingsprogramma uit. Zonder deze maatregelen zou op plaatsen van structurele erosie tijdens stormen veel zand van het duin

afslaan dat vervolgens wordt afgevoerd naar omliggende gebieden. Als gevolg hiervan zou na verloop van tijd het duin zijn sterkte verliezen.

Tijdens stormen wordt de waterstand verhoogd waardoor golven boven de duinvoet kunnen komen en er afslag van het duinfront kan optreden. Als gevolg van windopzet, golfopzet en golfoploop is deze waterstand hoger dan de waterstand die op dat moment op zee wordt gemeten.

Figuur 9.2 Duinerosieproces door afslag en zeewaarts transport

Als door stormopzet de golven een duin gaan belasten, wordt het duinfront aan de onderkant uitgehold. Als gevolg hiervan wordt het duintalud steiler, totdat er een instabiele situatie optreedt en er opeens een hoeveelheid zand naar beneden stort. Door golfbeweging en retourstroom wordt dit zand zeewaarts afgevoerd, totdat er opnieuw uitholling van het duintalud optreedt en het proces zich herhaalt, zie Figuur 9.2.

Aannemende dat er geen netto zandtransport plaatsvindt langs de kust, zal het zand dat afslaat voor het duinfront komen te liggen. Daardoor krijgen windgolven na verloop van tijd steeds minder mogelijkheid het duinfront te bereiken. Het afslagproces gaat dan nog door omdat lange golven nog steeds in staat zijn om het duinfront te bereiken, zie Figuur 9.1. Het afslagprofiel verflauwt vervolgens verder en daardoor neemt de belasting door de lange golven ook af. Als de hydraulische randvoorwaarden voor de kust (waterstand en golven) maar lang genoeg stationair blijven, zal er geen afslag meer plaatsvinden, de evenwichtssituatie is bereikt, zie Figuur 9.3. Deze evenwichtssituatie kan alleen worden bereikt als de duinwaterkering voldoende sterk is. De duinwaterkering kan in de praktijk ook voldoende sterk blijken als de duur van de storm onvoldoende lang is om een doorbraak van het duin te veroorzaken: de afslag in de eindsituatie na de storm is kleiner dan de sterkte van het duin.

Wanneer een duinwaterkering onvoldoende sterk is, kan het afslagproces doorgaan tot de achterzijde van het duin en treedt er een doorbraak op. Het is ook mogelijk dat het duin dusdanig is verlaagd dat de golven over het duinmassief heenslaan. In dat geval treedt er ook erosie op aan de achterzijde van het duin en kan er versneld een doorbraak ontstaan. Dit heeft tot gevolg dat er een overstroming van het achtergelegen land optreedt. Indien er na de storm een bres aanwezig blijft, kan deze door de getijwerking verder uitschuren totdat er uiteindelijk een zeegat ontstaat.

Figuur 9.3 Duinprofiel voor en na een storm

Op een aantal locaties langs de kust zijn zwakke duintrajecten versterkt met een achterliggende dijk, met een duinvoetverdediging of met een strandmuur. Dit worden ook wel hybride constructies genoemd. Een doorbraak van een hybride kering treedt op bij een combinatie van een aantal deelmechanismen zoals duinafslag, bezwijken van de bekleding, macro-instabiliteit en overslag.

Bij aansluitingsconstructies en NWO’s kan er sprake zijn van extra afslag, waardoor er eerder sprake kan zijn van een doorbraak.

In deze beschrijving is aangenomen dat er geen significant netto zandtransport uit het beschouwde duinvak plaatsvindt. Alleen dan kan worden verondersteld dat de depositie op de vooroever gelijk is aan de afslag.

Er is vrijwel altijd sprake van zandtransport langs de kust, maar voor de beoordeling van een specifieke kustvak is het van belang of de instroom van zand door dat zandtransport langs de kust gelijk is aan de uitstroom van zand. In- en uitstroom zullen voor een uniforme rechte kustlijn elkaar in evenwicht houden. Maar bijvoorbeeld als de kust gekromd is of er zijn obstakels zoals havendammen die het langstransport onderbreken, dan zal de afslag groter zijn als er minder zand instroomt dan uitstroomt. Er zal in dat geval zelfs op de lange duur geen evenwichtssituatie kunnen ontstaan omdat er immers een netto uitstroom van zand plaatsvindt.

Beoordeling van het faalmechanisme duinafslag in WTI2017

Binnen het WTI2017 is er alleen een Gedetailleerde toets beschikbaar voor duinafslag voor een enkele duinregel met uniforme condities in langsrichting. In deze toetsing is niet voorzien het toetsen van aansluitingsconstructies, hybride keringen, NWO’s, lage duinen, kromme kustlijnen en andere complexe duinwaterkeringen. Bijzonderheden zijn aanleiding om een geavanceerde toets uit te voeren.

In de Gedetailleerde toets wordt gebruik gemaakt van de in het kader van de toetsing beschikbaar gestelde software. Daarin is hetzelfde rekenmodel opgenomen als beschreven in het TRDA2006, zie Figuur 9.4.

In de WTI-software is het mogelijk om de schematisering van een duinwaterkering uit te voeren. Dit wordt beschreven in de schematiseringshandleiding [2]. Door vergelijking van het aanwezig profiel met de duinafslag en het benodigd grensprofiel wordt de beoordeling van de veiligheid uitgevoerd.

Figuur 9.4 Afslagmodellering zoals geïmplementeerd in MorphAn (let op, in de WTI-software is de zee- en landzijde andersom dan in deze figuur)

Ter voorkoming van een overstroming door overslag dient er landwaarts van de afslagzone een minimaal grensprofiel aanwezig te zijn. Het TRDA2006 beschrijft de eisen die er aan een grensprofiel worden gesteld, zie Figuur 9.5. Hierbij kan worden uitgegaan van een klassiek grensprofiel of een alternatief profiel met minimaal eenzelfde doorsnedeoppervlakte.

Figuur 9.5 Grensprofiel volgens TRDA2006 [1]