tekst : UATKER STROOMGATONTWIKKELING EN INUNDATIEDEBIET DBW/RIZA nota

tekst : UATKER88.003

STROOMGATONTWIKKELING EN INUNDATIEDEBIET

DBW/RIZA nota 88.051

Riikswaterstaat

Dienst Binnenwateren/RIZA

Hoofdafdeling : Watersystemen Onderafdeling : Meren Noord Auteur : ir. P.G. Kruitwagen Lelystad, december 1988

INHOUD

VOORWOORD

. . .

³

1. I N L E I D I N G . . . 4 2. STROOMGATONTWIKKELING

. . . . . . . . . . . . . . .

⁶

2.1 DIEPTE VAN DE ONTGRONDINGSKUIL 6

2.2 BREEDTE VAN HET STROOMGAT 7

3. INUNDATIEDEBIET

. . . . . . . . . . . . .

¹³

4. SAMENVATTING

. . . . . . . . . . . . . . . .

²⁰

L I T E R A T U U R . . . 2 3 BIJLAGE I

-

OVERZICHT DOORBRAAKGEGEVENS

UIT DE LITERATUUR

. . .

²⁶

BIJLAGE I1

-

OVERZICHT STUDIES UIT DE LITERATUUR

BIJLAGE I11

-

ENKELE KORTE BESCHRIJVINGEN VAN DIJKDOORBRAKEN

1. NIEUWKUYK 2. THOLEN 3. ZALK 4. DALFSEN

VOORWOORD

In het kader van de ontwikkeling van de dijkringfilosofie bestaat de behoefte aan een toetsing van de zogenaamde indirecte primaire waterkeringen. Deze toetsing wordt uitgevoerd door een werkgroep met de volgende samenstelling:

ir. R. J. Cirkel RWS, DBW/RIZA drs. F.A.M. Claessen RWS, DBW/RIZA ir. P.G. Kruitwagen RWS, DBW/RIZA ir. P. Struik RWS

,

^DWW

ir. A. van Urk RWS, DBW/RIZA

drs. ir. J.K. Vrijling RWS, Dir. S1. en St.

ir. A.C.W.M. Vrouwenvelder TNO/IBBC

Ten behoeve van deze toetsing van indirecte primaire waterkeringen heeft de werkgroep het initiatief genomen tot het verzamelen van beschikbare literatuurgegevens met betrekking tot de stroomgatontwikkeling en het inundatiede- biet bij dijkdoorbraak. Het doe1 van deze inventarisatie is te komen tot bruikbare vuistregels voor de bepaling van het inundatiedebiet en de grootte van het stroomgat.

De voorliggende nota bevat het resultaat van dit onderzoek.

Deze rapportage wordt tevens uitgebracht als deelrapport ,bij de rapportage ten aanzien van de toetsing van indirecte primaire waterkeringen.

1. INLEIDING

Een dijkring is een gesloten stelsel van primaire waterkerin- gen of hoge gronden. Als onderdeel van een dijkring kan een zogenaamde indirecte primaire waterkering voorkomen, die niet direct water keert, maar de scheiding vormt tussen twee gebieden met een verschillende gebiedsveiligheid. Indien een dergelijke indirecte primaire waterkering een onvoldoende veiligheid blijkt te bieden, zal deze versterkt dienen te worden. Er is daarom behoefte aan een methode om de indirecte primaire waterkeringen te toetsen.

De mate van beveiliging van een dijkring tegen de hydrauli- sche bedreigingen waterstand en golfoploop/golfoverslag komt tot uiting in het veiligheidsniveau van de dijkring. Dit niveau wordt uitgedrukt in een bepaalde frequentie (in keren per jaar) waarmee het hele gebied achter d e dijkring ergens langs de ring bedreigd mag worden.

Getoetst dient te worden of de indirecte primaire waterkering bestand is tegen een waterstand en golfoploop vanuit het laag beveiligde gebied. De kans dat de kruinhoogte van de indirecte primaire waterkering overschreden wordt, mag per dijkvak niet groter zijn dan de gebiedsfrequentie van het hoog beveiligde gebied. De indirecte primaire waterkering wordt alleen getoetst op een bedreiging in de richting van het gebied met de hoogste veiligheid. Deze bedreiging wordt veroorzaakt door het bezwijken van de directe primaire kering van het gebied met de laagste veiligheid.

De hydraulische belasting van de indirecte primaire kering is in sterke mate afhankelijk van het inundatieverloop van het gebied tussen de directe primaire kering van het laag beveiligde gebied en de indirecte primaire kering van het hoog beveiligde gebied. Immers, de maatgevende situatie waarbij de directe primaire kering bezwijkt (hoogwater op de rivier, storm en hoge waterstand op zee of meer) heeft een beperkte duur. Het inundatieverloop wordt bepaald door het debiet dat door het gat in de bezweken kering het gebied binnendringt en door de topografie en de oppervlakte van dit gebied. Het debiet wordt bepaald door de grootte van de bres en de waterstanden aan weerszijden van de dijkdoorbraak.

Inzicht in de bresgroei en het daarmee samenhangende inunda- tiedebiet is hiermee van essentieel belang voor de toetsing van indirecte primaire waterkeringen. Ten behoeve van deze toetsing is door DBW/RIZA in samenwerking met TNO-IBBC een verkenning uitgevoerd naar de beschikbare gegevens met betrekking tot het inundatiedebiet en de bresgroei.

In het kader van de toetsing van de indirecte primaire waterkeringen was het niet mogelijk een volledige theorie voor de bresgroei te ontwikkelen. Volstaan is met het trekken van empirische conclusies op basis van historische en experimentele gegevens, ondersteund door enkele theoretische studies.

In verband met het achterliggende doe1 (de toetsing van indirecte primaire waterkeringen) is een "worst-case"

benadering toegepast. Dat wil zeggen: er is gezocht naar een formulering voor de gatgroei en het inundatiedebiet waarbij de inundatiesnelheid eerder overschat dan onderschat wordt.

2. STROOMGATONTWIKKELING

Onder de diepte van de ontgrondingskuil wordt hier verstaan de diepte beneden de oorspronkelijke bodem. Het is duidelijk dat er een relatie moet zijn tussen de diepte en de breedte van de ontgrondingskuil, gebaseerd op de helling van het talud van de ontgrondingskuil. Aangezien er meer gegevens beschikbaar zijn met betrekking tot de breedte van een bres dan met betrekking tot de diepte wordt gepoogd de relatie tussen breedte en diepte te kwantificeren. Opdat in .het vervolg alleen gebruik gemaakt hoeft te worden van de breedte-gegevens.

Er wordt uitgegaan van een constante verhouding tussen de breedte van het stroomgat (B) en de diepte van de ontgron- dingskuil (H)

.

De literatuur levert de volgende getallen:

1. Doorbraak Wieringermeer

-

eindsituatie B,,,,,/Hmax = 6.6

-

^7.1

2. Experimentele modelstudie Japan

-

eindsituatie Bmax/HmaX = 7.3

-

^20.0

3. Markante verschijnselen hoogwater 1982

-

eindsituatie B/H = 3.3

-

^25.0

4. Deelstudie PAC (TUDelft)

-

eindsituatie B/H = 7.0

-

^14.0

-

tijdens gatgroei (theorie) B/H = 2.2

-

3 . 8

Als uitgangspunt is gekozen voor:

B = 7 * H

Hierbij is in aanmerking genomen dat de extreem grote B/H verhoudingen ( > 10) gewoonlijk veroorzaakt worden door een verhinderde diepte-ontwikkeling. De diepte van de ontgron- dingskuil wordt in modelstudies vaak beperkt door de bodem van het model. Ook de aanwezigheid van "stevigere" bodemlagen beperkt mogelijk de diepte van de ontgrondingskuil.

Overigens bli j kt in de beschouwing over het inundatiedebiet (zie hoofdstuk 3) dat het inundatiedebiet in de meeste gevallen bepaald wordt door het debiet over de rand van de ontgrondingskuil. De diepte van de ontgrondingskuil speelt dan geenrol meer.

2.2 BREEDTE VAN HET STROOMGAT

In het kader van het projekt I1toetsing indirecte primaire waterkeringenI1 is het niet mogelijk een theorie te ontwikke- len betreffende de bresgroei bij een dijkdoorbraak. Er is gekozen voor het bezien van het beschikbare materiaal betreffende historische dijkdoorbraken en overige literatuur- gegevens. Een overzicht van de literatuurgegevens met betrekking tot historische dijkdoorbraken is opgenomen in

bijlage I. De resultaten van een tweetal studies met een theoretisch karakter en van een schaalexperiment zijn in bijlage I1 opgenomen. In bijlage I11 zijn een aantal historische doorbraken beschreven.

Op basis van deze gegevens wordt in het navolgende de gat- grootte voor een willekeurige doorbraak weergegeven als functie van de tijd. De bedreiging van een indirecte primaire waterkering is ernstiger naarmate het gebied tussen de directe en de indirecte primaire kering sneller inundeert.

Een 'veilige' benadering van de toetsing van indirecte primaire waterkeringen vindt plaats door uit te gaan van de ontwikkeling van een groot stroomgat in relatief korte tijd.

De beschikbare gegevens met betrekking tot de breedte- ontwikkeling van stroomgaten zijn vanuit deze optiek geinterpreteerd.

Er worden drie typen van dijken onderscheiden:

a. Getijdewaterdij ken b. Meerdij ken

c

.

^{Rivierdij ken}

Dit onderscheid wordt gemaakt omdat de ontwikkeling van de dijkdoorbraak voor deze categorieen verschillend verloopt.

Hierbij spelen de volgende overwegingen een rol:

a. Wanneer een deel van een kering langs een getijdewater bezwijkt, vermindert de belasting op het overige deel van de kering niet. Bovendien staat een bres gedurende langere tijd bloot aan de uitschurende werking van eb en vloed.

b. Voor de dijken rond grote meren geldt hetzelfde met betrekking tot de belasting van de resterende dijk. Een ontstane bres heeft echter niet te lijden van de

getijbeweging. Langs het IJsselmeer is bovendien vaak resistente klei in de stroomgaten aanwezig.

c. Het bezwijken van een deel van een rivierdijk zal snel leiden tot een ontlasting van de benedenstrooms gelegen secties doordat de rivierafvoer vermindert tengevolge van de inundatie. Door het veranderen van de verhanglijn worden, zij het in mindere mate, ook de bovenstrooms van de doorbraak gelegen secties van de rivierdijk ontlast.

Er is geen getijbeweging zodat er slechts sprake is van stroming in een richting. Hierdoor vindt ontgronding voornamelijk plaats aan de binnenzijde.

Voor ieder van de genoemde typen keringen is een ondergrens en een bovengrens vastgesteld voor de stroomgatontwikkeling.

RIVIERDIJKEN

Voor de bresgroei in rivierdijken wordt op basis van de informatie in bijlage I en I1 het volgende verloop geschetst:

a. Er wordt aangenomen dat de doorbraak als eerste aan het bovenstroomse eind van de betreffende dijk optreedt.

Hierdoor daalt de waterstand benedenstrooms dermate dat er slechts sprake is van Ben doorbraak.

b. Vanaf het moment van doorbraak (t = 0) tot het tijdstip dat de bres een maximale afmeting heeft (t = tmax) wordt als breedte aangehouden:

B(t) =. Bmax

.

^J(t/tmax)

c. Als ondergrens voor de stroomgatontwikkeling kan worden aangehouden:

Maximum breedte = 40 m Tijdsduur van gatgroei = 36 uur

d. Als bovengrens voor de bres kan worden aanqehouden:

Maximum breedte = 200 m Tijdsduur van gatgroei = 24 uur

GETIJDEWATERDIJKEN

Met betrekking tot dijken langs getijdewateren is slechts een gerinqe hoeveelheid informatie beschikbaar. Uit de gebeurte- nissen in 1953 is echter we1 gebleken dat er rekening gehou- den moet worden met meerdere doorbraken. Bovendien blijft de bresgroei ten gevolge van de waterbeweging onder invloed van het getij nog dagen lang doorgaan. Op grond hiervan is het volgende aangenomen:

a. Uit het oogpunt van uniformiteit is aanqehouden voor t < tmax:

B(t) = %ax

-

^J(t/tmax)

b. Als ondergrens wordt uitgegaan van Ben bres:

Maximum breedte = 500 m Tijdsduur stroomgatontwikkeling = 12 dgn.

c. Als bovengrens wordt uitgegaan van meerdere dijkdoorbra- ken, welke ten behoeve van de debietberekening echter bijeen genomen kunnen worden tot een fictieve doorbraak:

Maximum breedte ₌ 5 % van de lengte van de bedreigde di j kvakken van de kering

Tijdsduur stroomgatontwikkeling = 4 dgn.

MEERDIJKEN

De situatie voor meerdijken ligt tussen die van de zeewerin- gen en die van de rivierdijken in. Hierbij wordt uitgegaan van dijken langs de grote meren. Voor dijken langs kleinere meren kan de redenering voor rivierdijken aangehouden worden.

Er zijn (helaas ? ) geen gegevens beschikbaar van doorbraken van meerdijken ten gevolge van overschrijding van de sterkte van de dijk door extreme hydraulische omstandigheden. Ten aanzien van de gatgrootte wordt de volgende ontwikkeling aangenomen:

a. Het verloop als functie van de tijd, analoog aan de beide andere gevallen:

~ ( t ) = %ax

.

^J(t/tma,)

b. Als ondergrens voor de stroomgatontwikkeling wordt aangehouden:

Maximum breedte = 150 m Tijdsduur stroomgatontwikkeling = 36 uur

c. Als bovengrens wordt uitgegaan van meerdere doorbraken, wederom bijeengenomen ten behoeve van de debietbereke- ning tot den fictieve doorbraak. Aangezien de bres niet onder invloed staat van de getijbeweging, zal de totale breedte echter geringer zijn dan in het geval van de getijdewaterdi j k:

Maximum breedte = 200 m

of (indien groter) = 2 % van de lengte van de bedreigde dij kvakken van de kering

Tijdsduur stroomgatontwikkeling = 24 uur

3. INUNDATIEDEBIET

Het inundatieverloop wordt mede bepaald door het debiet dat door het gat in de bezweken kering het gebied binnendringt.

Dit debiet wordt bepaald door de afmetingen van de bres en de waterstanden aan weerszijden van het gat.

Het debiet door de bres kan worden berekend met behulp van de overlaatformules:

1. volkomen overlaat (Ho 5

5

2 Hb)

2. onvolkomen overlaat (Ho _>

7

2 Hb)

Hierin is:

Q

: het debiet over de overlaat [m3/s]

Bo : de breedte van de overlaat Em]

Hb : de waterdiepte bovenstrooms Em]

Ho : de waterdiepte benedenstrooms [m]

Bij een dijkdoorbraak ontstaat er in de meeste gevallen een ontgrondingskuil ter plaatse van de bres als gevolg van de uitschurende werking van het instromend water (zie ook 2.1).

Hierdoor zijn er twee plaatsen waar de afmetingen van de overlaat beperkend kunnen zijn voor het debiet:

1. in de as van.de bres (minimale breedte)

2. op de rand van de ontgrondingskuil (minimaie diepte)

Deze situaties zijn weergegeven in figuur 1. Uitgaande van de notatie uit dit figuur moeten in de overlaatformules de volgende waarden aangehouden worden:

1. voor het debiet door de as van de bres Hb = H1

+

^D

Ho = H2

+

^D

Bo = B

2. voor het debiet over de rand van de ontgrondingskuil H b = H1

Ho = H2

-

^- _.*.B

Bo - 2

In de vergelijking tussen het debiet door de as van de bres en het debiet over de rand van de ontgrondingskuil is een constante verhouding aangenomen tussen de breedte van het stroomgat (B) en de diepte van de .ontgrondingskuil (D).

Uitgaande van de beschikbare literatuur (zie' 2.1) is aange- houden:

B = 7 * D

m a a t f" P u t h e van b*-aak

figuur 1

-

Vergelijking van de doorstroomopening in de bres en op de rand van de ontgrondingskuil

De debieten door de bres en over de rand van de ontgrondings- kuil zijn met elkaar vergeleken voor verschillende waterstan- den bovenstrooms en benedenstrooms van de bres. Uit deze vergelijking blijkt dat bij grotere ontgrondingsdiepte het debiet op de rand bepalend is, terwijl bij kleinere ontgron- dingsdiepte het debiet door de bres bepalend is voor het inundatiedebiet (zie figuur 2).

Onder omstandigheden waarbij'het debiet door de bres maatge- vend is voor de inundatie, is het verschil tussen het debiet over de rand van de ontgrondingskuil en het debiet door de bres relatief klein. Bovendien ligt het omslagpunt vrij vroeg, namelijk bij een ontgrondingsdiepte van 0.35

-

^0.57

maal de bovenstroomse waterdiepte. Er wordt dus slechts een geringe fout gemaakt in de inundatieberekening wanneer voor het hele traject uitgegaan wordt van het debiet op de rand van de ontgrondingskuil.

De situatie die in figuur 1 is weergegeven treedt alleen op in die gevallen waar het maaiveld van het achter de kering gelegen land even hoog of lager ligt dan de bodem van het meer of de rivier. Dit is veelal het geval met de grote polders in het IJsselmeergebied. Ook in het rivierengebied, waar de rivierbodem voor de primaire waterkering gevormd wordt door de uiterwaarden wordt aan deze voorwaarde gewoonli j k voldaan.

De gevolgde redenering gaat echter niet op wanneer het achterliggende land duideli j k hoger ligt dan de waterbodem.

In dat geval krijgt mogelijk de landinwaarts gelegen rand van de ontgrondingskuil het karakter van een maatgevende overlaat. Hiervoor geldt echter:

In een dergeljke situatie is echter de teen van de dijk vaak beschermd met stortsteen. Een eventuele ontgrondingskuil zal daardoor een geheel andere vorm hebben dan in het voorgaande is aangenomen. Aangezien er met betrekking tot deze variant weinig of geen gegevens beschikbaar zijn wordt als eerste benadering de eerder genoemde redenering gevolgd, waarbij als maatgevende overlaat de halfcirkelvormige rand van de ontgrondingskuil wordt aangehouden.

In het algemeen is het inundatiedebiet dus te bepalen door de rand van de ontgrondingskuil als overlaat te beschouwen. Met de notatie van figuur 1 levert dit voor het inundatiedebiet:

a. a l s ~ ~ < f (volkomen overlaat) ~ ~

b. als H2 > - 2 H

3 1 (onvolkomen overlaat)

-=

Bra. la dijk <---z Rand ontsrondinllkuil [ H, 1 3 m. H, 1 0.3 m I

figuur 2a

-

Vergelijking van debieten over de rand van de ontgrondingskuil en door de as van de bres.

(buitenwaterstand: 3.0 m boven bodemniveau)

w- re# in dijk <---> Itand ontlroadinllkull

I n , - 1 2 m . H , - 1 . 2 m I

~ r o . in dijk r---2 Rand ont(roadin#nkull I n , - I 2 m . H . - 1 0 . 8 m l

figuur 2b

-

Vergelijking van debieten over de rand van de ontgrondingskuil en door de as van de bres.

(buitenwaterstand: 12.0 m boven bodemniveau)

4. SAMENVATTING

probleemstellinq

Indirecte primaire waterkeringen in een dijkring die een scheiding vormen tussen twee gebieden met een verschillende gebiedsveiligheid dienen getoetst te worden op de mate van beveiliging tegen de hydraulische bedreigingen waterstand en golfoploop/overslag. De hydraulische belasting van de indirecte primaire kering is in sterke mate afhankelijk van het inundatieverloop van het gebied tussen de directe en de indirecte primaire kering.

In verband met de toetsing van indirecte primaire waterkerin- gen is het van belang inzicht te hebben in de bresgroei en het inundatiedebiet. Voor een veilige benadering mag de bresgroei niet onderschat worden. Het was niet mogelijk binnen de gestelde tijd een volledige theorie voor de bresgroei te ontwikkelen. Volstaan is met het trekken van empirische conclusies op basis van historische en experimen- tele gegevens, ondersteund door enkele theoretische studies.

inundatiedebiet

Het inundatiedebiet wordt bepaald door de afmetingen van de bres en de waterstanden aan weerszijden van het gat. Het inundatiedebiet door de bres kan berekend worden door toepassing van de overlaatformules. Als overlaat kan de rand van de ontgrondingskuil aangehouden worden. De overlaatdrem- pel ligt op de hoogte van de oorspronkelijke bodem. De diepte van de ontgrondingskuil is derhalve voor het inundatiedebiet niet van belang. De breedte van de overlaat komt overeen met

de lengte van de rand van de ontgrondingskuil. Deze rand heeft de lengte van een halve cirkelboog met als diameter de breedte van de bres in de directe primaire waterkering.

Volgens figuur 3 kan het inundatiedebiet berekend worden als:

1) volkomen overlaat ( H2

< 7

2 ^{H1 )}

2) onvolkomen overlaat ( H2 >

-

2 ^{H1 )}

3

Q =

(5

1

_*

r

*

^B)

*

^H2

*

^{J ( 2 g}

*

^(H1

-

^HZ))

,....~

. .

. .

F ,

. -

^{Q.:' H >}

...- ... ....

0 . 5

.

^B

-

k

:

$

Ovn1aat 1- Diaafse van r s m CnfVC.-drnps*ul

1 -

figuur 3

-

overlaatsituatie bij dijkdoorbraak

stroomsatbreedte

Voor de stroomgatontwikkeling wordt als globaal beeld aange- houden dat vanaf het moment van doorbraak (t =.O) totdat de bres zijn maximale afmeting bereikt (t = tmax) de breedte als volqt is weer te geven:

B(t) = Bmax

.

^J(t/tmax)

Er worden ten aanzien van de qrootte van het stroomgat drie typen keringen onderscheiden:

1. Rivierdi j ken

2. Getijdewaterdij ken 3. Meerdi j ken.

Voor deze dijken zijn onder- en bovengrens schattingen ge- maakt voor de stroomgatontwikkeling. Deze zijn weergegeven

in tabel 1.

tabel 1

-

Stroomgatontwikkeling di j ktype

rivierdi j k

qetijdewaterdijk meerdi j k

L = totale lengte van het bedreigde dijkvak ondergrens

bmax 40 m 500 m 150 m

bovengrens tmax

36 uur 300 uur

36 uur

bmax 200 m L/20 m L/50 m

tmax 24 uur 100 uur 24 uur

LITERATUUR

Dijkdoorbraak Heidijk te Nieuwkuyk, 30 december 1880 COW-rapport S-80.056

Dijkdoorbraak Tholen, december 1894 COW-rapport 5-80.056

Dijkdoorbraak Dalfsen, januari 1926 COW-rapport

Dijkdoorbraak Zalk, 8 januari 1926 COW-rapport S-80.056

De waterbeweging op het geinundeerde Walcheren, october 1944 J. Dronkers

De Ingenieur 58, 1946, no. 28 BW

Wording en opbouw van de Wieringermeer Veenman & Zonen, Wageningen, 1955

Inundatie Wieringermeer, 17 april 1945 D. Kraayenbrink

notitie, 1985

Stormvloedrapport 1953

Doorbraak kade Noorder IJpolder langs Zijkanaal H in de nacht van 13-14 januari 1960

prof. Thi j sse verslag

Markante verschi j nselen bi j rivierdi j ken tijdens hoogwater 1980

nota COW

Markante verschi jnselen bi j rivierdi j ken ti jdens hoogwater 1982

nota COW

~ntwikkelin~en in doorstroomprof ielverruiming en stroomsnelheden bij de Markiezaatskade

in maart en april 1982 i.v.m. de scheepvaart M.W. Rinkel

concept-notitie RWS-Deltadienst (DD.WW0.82-25.079)

De Tweede Waterkeringen in Nederland Leidraad TAW

1973

De snelheid van doorbraak van de dijk rond een energiebekken ir. W. Bakker

notitie RWS-Deltadienst (WB-N-86.027)

Een experimentele studie naar de ontwikkeling van stroomgaten in rivierdi j ken

Y. Fujita, T. Tamura en Y. Muramoto Kyoto Disaster Prevention Institute

Onderzoek naar de omvang van een stroomgat en de tijd die verloopt voordat de doorbraak zijn maximale omvang heeft.

Johanson

COW-Notitie 81-12, juni 1981 Stroomgaten in dijken

Notitie TAW 10 PM 84-13

Rijswijk, 1984

BIJLAGE I

-

OVERZICHT DOORBRAAKGEGEVENS UIT DE LITERATUUR

1. Nieuwkuyk

-

maximum verval

-

initiele gatbreedte

-

definitieve gatbreedte

-

ontgrondingsdiepte 2. Tholen

-

initiele gatbreedte

3. Zalk

-

maximum verval

-

initiele gatbreedte

-

breedte na ca. 3 uur

-

breedte na ca. 9 uur

-

breedte na ca. 28 uur

-

gemiddeld debiet

4. Dalfsen

-

initiele gatbreedte

-

breedte na ca. 9 uur

-

breedte na ca. 36 uur

5. Wieringermeer

-

maximum verval

-

initiele gatbreedte

-

definitieve breedte (na ca. 50 uur)

-

ontgrondingsdiepte

-

gemiddeld debiet

tabel 1.1

-

Verloop waterstand Wieringermeer tijd

12.00 15.00 21.00 23.00

inundatietijd : 50 uur

inundatiediepte : 5 m ==> dP/dt = 10 dt (uur)

0 3 9 11

peil (m NAP)

-

^5.76

-

^5.73

-

^5.50

-

^5.17

dP/dt (cm/uur)

1 3 11

I

lnundatic Wieringcrmeex ( 1 7 april 1 9 4 5 )

I

Tijd (uur)

I

figuur 1.1

-

Inundatiesnelheid Wieringermeer 1945

6. Noorder-Y polder

-

maximum verval

-

initiele gatbreedte

-

eindbreedte (na 7.5 uur)

7. Bombardement Walcheren 7.1 West-Kapelle

breedte-ontwikkeling duur gatontwikkeling snelheid

7.2 Vlissingen

breedte-ontwikkeling duur gatontwikkeling snelheid

7.3 Veere

breedte-ontwikkeling duur gatontwikkeling snelheid

8. Markante verschijnselen hoogwater 1980/1982 8.1 Polder Overbetuwe

zomerkade Neder-Rijn bij Het Zand

-

^{breedte : 40}

^-

⁶⁰

-

^{diepte 10}

kade Neder-Ri jn bi j Heteren

-

^{breedte 6 0}

-

^{diepte 7}

8.2 Polder Nederbetuwe

Neder-Rijn bij Opheusden

-

^breedte

-

^diepte

8.3 Waterschap Kromme Rijn zomerkade bij Amerongen

-

^breedte

-

^diepte

8.4 Polder Tielerwaard zomerkade bij Hellouw

-

^{breedte 5 m}

-

^{diepte 1.5 m}

8.5 Landsdijken Gelderland zomerkade Pannerdense dijk

-

^{ondermi jning 100 m}

8.6 Polder Maas en Waal zomerkade bi j Dreumel

-

^{breedte 50 m}

9. Stormvloed 1953

-

tijdsverloop tussen laatste waarneming en eerste

doorbraak : ca. 6 h

-

overzicht eindsituatie

lichte beschadiging 8 7 km

zware beschadiging 5 1 km

lichte doorbraak 28 km

zware doorbraak 14 km

stroomgaten 6 km

-

^{op 187 km} aangetaste dijk zijn er over 20 km ernstige doorbraken opgetreden.

9.1 Duiveland

breedte bij Stevensluis 110 m breedte bij Ouwerkerk (1) : 100 m (2) : 200 m

( 3 ) : 250 m

9.2 Schouwen

breedte bij Schelphoek 525 m

-

op een totaal van 1100 km aangevallen dijk is er een totaal van 500 km beschadigd

10. Markiezaatskade

-

de breedte-ontwikkeling wordt kunstmatig in de hand gehouden.

tabel 1.2

-

De diepte-ontwikkeling

in de tijd (Markiezaatskade)

DOORBRAAK M A R K I E Z A A T S K A D E (maartlapril 1 9 8 2 )

I

tijd (dgn. ) 2

9 18 27 3 5 46

Tijd (dagen)

-

diepte (m) 3.0 7.5 13.0 14.5 17.5 18.5

figuur 1.2

-

Diepte als functie van de tijd van de doorbraak in de Markiezaatskade '

BIJLAGE I1

-

OVERZICHT STUDIES UIT DE LITERATUUR

1. Bakker

De snelheid van doorbraak van een dijk rond een energiebekken.

Er is uitgegaan van de theorie voor bed-load transport volgens Bagnold. In essentie kan deze theorie als volgt worden geillustreerd:

a) Bij een stroomsnelheid U = 0.6 m/s, ontstaat er Ben (1) laag rollend zand.

b) Dit betekent dat bij een stroomsnelheid U = u m/s, in totaal (u/0.6) lagen zand in beweging komen.

Dit komt overeen met een laagdikte van het bewegend zand van: (~/0.6)~*d m.

Voor @gd" moet de diameter van de zandkorrels ingevoerd worden.

c) De gemiddelde korrelsnelheid bedraagt: eb*u m/s.

Hierin is "ebW een efficiency factor voor bed-load transport in de orde van grootte van 0.11 a 0.15.

d) De snelheid van zandtransport bedraagt hiermee:

(u/O. 6) 2*d*eb*~ m3/ (In' . s )

Uitgaande van een constante stroomsnelheid volgt uit het bovenstaande dat het volume van het zandtransport evenredig is met de verstreken tijd:

Vzand = constante

*

^t

Wanneer een constante verhouding tussen diepte en lengte van de ontgrondingskuil wordt aangehouden, dan is het volume van de ontgrondingskuil per eenheid van breedte recht evenredig met het kwadraat van de diepte:

Vkuil = constante

*

^h(t)

Omdat het volume van het verplaatste zand gelijk moet zijn aan het volume van de ontgrondingskuil volgt uit deze redenering dat de diepte van de ontgrondingskuil evenredig is met de wortel uit de tijd:

h(t) = constante

*

^J(t)

Volgens Bakker levert een eerste schatting van de gebruikte parameters het volgende resultaat:

1) Bij overstort over een dijk, met een stroomsnelheid over het talud van 10 m/s, wordt per minuut een laag van 50 cm van het talud "afgeschoren".

2) Waar de dijk is verdwenen kan een ontgrondingskuil ontstaan. Wanneer een driehoekig profiel wordt aangehouden wordt de maximale diepte 8.6*J(t).

Hierbij is de diepte in meter en de tijd in uren weergegeven.

De beschouwingen zijn uitgevoerd voor een zanddijk op een zandbodem, zonder dat de uitkomsten zijn vergeleken met metingen.

2. PAC-studie door TU-Delft

Door de TU-Delft is een mathematisch model ontwikkeld voor de groei van het stroomgat na een initieel kleine bres. Dit model is bedoeld voor een zanddijk die een energiebekken omsluit. Hierbij is uitgegaan van water- diepten in het bekken van 30, 5 0 , 7 0 en 90 meter.

Het model beschrijft de groei van het stroomgat quasi 3-dimensionaal. Hierbij is wederom gebruik gemaakt van de theorie van Bagnold.

Als notatie wordt aangehouden:

-

waterdiepte boven de kruin = H

-

kruinhoogte = z

-

helling buitentalud, binnentalud = iO, il

-

waterdiepte op binnentalud = a

-

breedte stroomgat = b

-

gravitatie versnelling = g

-

Chezy waarde = C

Dan gelden de volgende relaties:

Voor de breedte/diepte verhouding (r) tijdens de doorbraak wordt een theoretische waarde van 3.8 gevonden. De na afloop van een doorbraak gemeten

breedte/diepte verhoudingen zijn veelal groter. Een waarde r = 7 wordt als reeel gezien. Dit wordt veroor- zaakt door een verhinderde diepte-ontwikkeling van de ontgrondingskuil, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van bodemlagen die een grotere weerstand tegen uitschuring bezitten.

Een beperking van dit model wordt gevonnd door het feit dat de gegeven relaties alleen geldig zijn zolang z > ^0, d.w. z. gedurende de periode dat de kruin nog boven het maaiveld uitsteekt. Het ontstaan van de ontgrondingskuil

is hiermee niet weer te geven.

Het mathematisch model is vergeleken met een drietal experimenten met een schaalmodel waarin een zanddijk van 60 cm hoogte gebruikt is. De resultaten van de modelbe- rekeningen kwamen goed overeen met het algemene beeld van de experimentele resultaten. Er heeft echter geen kwantitatieve vergelijking plaatsgevonden.

3. Modelproeven schaal 1:100

Een Japanse experimentele studie naar doorbraken in rivierdi j ken. Hierbi j zi jn een aantal proeven genomen waarbij de gatgroei gevolgd is in de tijd. Er is telkens een initiele bres aangebracht, hetzij in de vorm van een kerf over de gehele hoogte van de dijk, hetzij in de vorm van een V-vormige inkeping in de kruin.

-

gatbreedte gemiddelde 56 . cm aantal metingen 18

standaard afwi jking : 11 cm

-

breedte/hoogte gemiddelde 11

aantal metingen 16

standaard afwi j king : 4

tabel 11.1

-

^gatgroei

tijd (min) breedte (cm)

In figuur 11.1 zijn deze resultaten grafisch weergege- ven.

MODELPROEVEN RIVIERDIJK (schaal 1 : 1 0 0 )

Ti jd (minuten)

figuur 11.1

-

Resultaten modelproeven

BIJLAGE I11

-

ENKELE KORTE BESCHRIJVINGEN VAN DIJKDOORBRAKEN

1. NIEUWKUYK

Diikdoorbraak bii Nieuwkuvk (30 december 1880)

Om 2.00 uur in de nacht van 29 op 30 december 1880 is de Heidijk van de Beerse Maas doorgebroken, waardoor het land van Heusden en Altena inundeerde. Enkele dagen voor de doorbraak was een we1 in het binnentalud gecon- stateerd, die men heeft proberen te dichten. In de bewuste nacht trad afschuiving van het binnentalud op, waarna de doorbraak volgde. De dijk en de ondergrond waren opgebouwd uit slecht zandig materiaal. "KortN na .

de doorbraak bedroeg de breedte van het stroomgat 9 0 m.

De breedte van het gat is uitgegroeid tot 150 m a 200 m en de diepte van het wiel bedroeg 15 m. De ramp heeft Ben mensenleven geeist en ca. 400 stuks vee zijn ver- dronken. Ca. 100 ha bouwland is met zand bedekt. De schade aan de bebouwing was groot en een aantal woningen is volledig verwoest.

Het initieel verval zou volgens een krantebericht uit die tijd 6 m hebben bedragen. Door het voormalige COW zijn de volgende gegevens verzameld:

-

debiet ca. 590 m3/s (rivierafvoer ten tijde van de doorbraak)

-

waterstand ca. 8.2 m

+

^{A. P.}

-

maaiveld beschermd gebied 3.80 m

+

^A.P.

Bronnen

Watersnood Nieuwkuyk

Een uitgave van de Vereniging Heemkundekring Onsenoord in de oktober-november editie van "met gansen trouv

(30e jaargang, nummer 10-11).

De ramp van Nieuwkuyk in 1880-81 H.T. Chappuis

uitgegeven door H. Wuijster te Heusden 1881.

diverse artikelen uit verschillende periodieken zoals:

.

Provinciale Noord-Brabantsche en Is-Hertogenbosche Courant

.

Katholieke Illustratie

.

Echo van het Zuiden

2. THOLEN

Diikdoorbraak OD Tholen ( 3 0 december 1894)

Eind 1894 brak tijdens een stormvloed de dijk door die de Nieuw-Strijkenpolder op Tholen moest beschermen tegen de zee.

De dijk was opgebouwd uit zand en afgedekt met een dunne kleibekleding. De dijk was gebouwd op de bedding van het voormalige riviertje, de Striene. De bedding bestond uit

zand en slib.

De oorzaak van de doorbraak was een zandvoerende wel.

Deze we1 trad op t.p.v. een oesterput. De dijk verdween over een lengte van 55 m a 60 m, waarschijnlijk in een grondgat

.

Bronnen

Uittreksel van Provinciale Waterstaat van Zeeland aan het bestuur van het waterschap Poortvliet.

4 januari 1895.

Beknopt praktisch leerboek

der Burgerlijke en Waterbouwkunde B.F. Plasschaert

deel 11, 1898.

De oeververdediging in Zeeland sedert 1860 M.B.G. Hogewaard,

Hoofdingenieur van de Provinciale Waterstaat in Zeeland.

Historisch overzicht Waterschap Poortvliet van voor 1920

C. Hollestelle, gemeentearchivaris op Tholen.

Tussen Afsluitdammen en Deltadijken deel 11, Noord Zeeland

M. H. Wilderom.

3. ZALK

Diikdoorbraak bii Zalk (8 ianuari 1926)

Tijdens een hoogwatergolf in de IJssel brak op 8 januari 1926 de dijk bij Zalk door. Oorzaak was de vorming van een we1 t.p.v. een eerder opgetreden doorbraak. Het materiaal waaruit de di j k was opgebouwd was waarschi j n- lijk zand.

Volgens een verslag van de hoofdingenieur van ~rovincia- le Waterstaat lqreikte de dijk ca. 0.4 a 0.5 m boven de buitenwaterstandIv (op 8 jan. 1926 7 ) . Ten tijde van de doorbraak was de waterstand in de rivier 2 m hoger dan het bodemniveau van het achter-liggende land.

U i t waarnemingen i s a f g e l e i d d a t gedurende de eerste t i e n u r e n h e t d e b i e t d o o r h e t s t r o o m g a t gemiddeld 4 0 0 m 3 / s h e e f t bedragen. D e o n t w i k k e l i n g van d e b r e s - breedte i s a l s f u n c t i e van d e t i j d i n f i g u u r 7 weergege- ven

.

D e w a t e r s t a n d i n d e IJssel t i j d e n s h e t b e z w i j k e n van d e d i j k bedroeg 4 . 1 7 m

+

A.P. ( t e K a t e r v e e r )

.

Voor d e d i j k i n d e u i t e r w a a r d was een d i e p e k o l k ( v a n e e n v o r i g e d o o r b r a a k ) aanwez i g

.

D I J K D O O R B R A A K BIJ Z A L K (8 januari 1 9 2 6 )

I

^{0 5 10} Tijd (nur) ^{1 5 2 0 2 5 3 0}

f i g u u r 111.1

-

^{Doorbraak t e Z a l k}

Bronnen

Stormvloeden en rivieroverstromingen in Nederland deel I1 en I11

Ds. Elisabeth Gottschalk

Verslag van de hoofdingenieur

dhr. A. van Linden van den Heuvell.

Diverse kranteartikelen

(Provinciale Overijsselsche- en Zwolsche Courant).

Een schrijven

van de Provinciale Waterstaat van Gelderland aan de Provinciale Waterstaat van Overijssel.

Verslag van het voorgevallene tijdens het hoge

opperwater op de Nederlandsche rivieren in de winter van 1925 op 1926

Het Departement van Waterstaat.

4. DALFSEN

~iikdoorbraak bii Dalfsen (6 ianuari 1926)

Enkele dagen voor de doorbraak bij Zalk trad een door- braak in de Vechtdijk op nabij Dalfsen. De ontwikkeling van de bresbreedte als functie van de tijd is in fi- guur 8 weergegeven. De betrekkelijk geringe maximale bresbreedte in vergelijking met de doorbraak te Zalk is

een gevolg van het feit dat de kom vrij snel vol liep en dus een snelle afname van de stroomsnelheden in het stroomgat.

Van de doorbraak zijn verder weinig gegevens bekend.

DIJKDOORBRAAK BIJ D A L F S E N ( 6 januari 1 9 2 6 )

I

^{0 10 Tijd 2 0 (uur) 3 0 4 0}

figuur 111.2

-

Doorbraak te Dalfsen