Verschilanalyse
crashactie 2002/2003 en HR2006
December 2006
RIKZ/2006.031
Colofon
Uitgegeven door: Rijkswaterstaat RIKZ, afdeling KWV Informatie: E. Groenendaal
Telefoon: 070 - 311 4303
Email: ester.groenendaal@rws.nl
Uitgevoerd door: E. Groenendaal Opmaak: Adequaat
Datum: December 2006
Status: Definitief
Versienummer: Rapport RIKZ/2006.031
. . .
Lijst met Figuren 5
Lijst met Tabellen 9
Samenvatting 11
1. Inleiding 17
1.1 Aanleiding verschilanalyse 17
1.2 Doel verschilanalyse 18
1.3 Opzet verschilanalyse 18
1.4 Leeswijzer 20
2. Dijklocaties en HR locaties 21
2.1 Crashactie 2002 21
2.2 HR2006 22
3. Aspecten die verschillen veroorzaken tussen crashactie
en HR2006testlocaties 27
3.1 Inleiding 27
3.2 SWAN 27
3.2.1. Uitgevoerde berekeningen met het golfmodel SWAN 27
3.2.2. Bodem 28
3.2.3. Fysische instellingen in SWAN 30 3.2.4. Voorkomen van inspeeleffecten 31
3.2.5. Correctiefactoren 31
3.2.6. Verschil in dijkoriëntatie 33
3.3 Hydra-K 33
3.3.1. Versies Hydra-K 34
3.3.2. Gebruikte instellingen 35
3.3.3. Profiel 37
3.4 PC-Overslag 37
3.4.1. Invoer en uitvoer 38
3.4.2. Versies PC-Overslag 38
3.4.3. Gebruikte instellingen 40
3.4.4. Toeslag op waterstanden 42
3.5 Samenvatting aspecten 43
4. Stappen in analyse 45
4.1 Beschrijving stappen 45
4.2 Clustering stappen naar rekenonderdeel 47
5. Resultaten 49
5.1 Inleiding 49
5.2 Den Helder 49
5.2.1. Hydraulische randvoorwaarden, inclusief uitleg figuren 49
5.2.2. Kruinhoogte 52
5.3 Petten 54
5.3.1. hydraulische randvoorwaarden 54
Inhoud
5.3.2. kruinhoogte 57
5.4 Hondsbossche zeewering 58
5.4.1. Hydraulische randvoorwaarden 58
5.4.2. kruinhoogte 60
5.5 Flaauwe Werk 62
5.5.1. Hydraulische randvoorwaarden 62
5.5.2. kruinhoogte 64
5.6 Westkapelle 1 65
5.6.1. Hydraulische randvoorwaarden 65
5.6.2. kruinhoogte 67
5.7 Westkapelle 2 69
5.7.1. Hydraulische randvoorwaarden 69
5.7.2. kruinhoogte 71
5.8 Eilanddijk 72
5.8.1. Hydraulische randvoorwaarden 72
5.8.2. kruinhoogte 74
5.9 Oud Breskens 75
5.9.1. Hydraulische randvoorwaarden 75
5.9.2. kruinhoogte 77
5.10 Conclusies resultaten 78
5.10.1. Locaties langs Hollandse Kust 78 5.10.2. Locaties in Westerschelde 79
6. Conclusies 81
6.1 Algemeen 81
6.2 Hollandse Kust 81
6.3 Westerschelde 82
7. Referenties 83
Bijlage A Invoer en instellingen in de berekeningen 86 A.1 Invoer en instellingen voor berekening van de
Randvoorwaarden met Hydra-K 86
A.2 Invoer en instellingen voor berekening van de
kruinhoogte met PC-Overslag 86
Bijlage B Resultaten analyse in tabellen 87
B.1 Kruinhoogtes en verschillen 87
B.2 Randvoorwaarden en verschillen 88
B.2.1 Waterstand 88
B.2.2 Golfhoogte 89
B.2.3 Golfperiode 90
B.2.4 Golfrichting 91
Bijlage C Invloed aspecten SWAN op randvoorwaarden en
kruinhoogtes 93 C.1 Analyse invloed van de verschillende aspecten van SWAN 93 C.2 Verschillen in kruinhoogte agv SWAN 94 Bijlage D Memo: Analyse van de verschillen in de Hollandse
Kust SWAN berekeningen van crashactie en HR2006 95
. . .
Lijst met Figuren
Figuur 1 Rekenproces van hydraulische randvoorwaarden en kruinhoogtes 12 Figuur 1.1 Rekenproces van hydraulische randvoorwaarden en
kruinhoogtes 19 Figuur 2.1 Dijklocatie en HR locaties Den Helder 23 Figuur 2.2 Dijklocaties en HR locaties Hondsbossche en Pettemer
zeewering 24 Figuur 2.3 Dijklocaties en HR locaties Flaauwe Werk 24 Figuur 2.4 Dijklocaties en HR locaties Westkapelle 25 Figuur 2.5 Dijklocaties en HR locaties Eilanddijk 25 Figuur 2.6 Dijklocaties en HR locaties in crashactie en HR2006
(Oud Breskens) 25
Figuur 3.1 Bodemschematisatie crashactie 29
Figuur 3.2 Bodemschematisatie HR2006 30
Figuur 3.3 Bodemverschil tussen crashactie en HR2006 30 Figuur 3.4 Waterstand in Westerschelde met optie ‘waterstand
vrij’en ‘waterstand gelijk aan toetspeil’ 35 Figuur 3.5 Invoerscherm PC-Overslag, versie ‘Helpdesk
Waterkeren 39 Figuur 3.6 Invoer en uitvoer Excel sheet, waarmee PC-Overslag
dll’s worden aangestuurd 40
Figuur 3.7 Gebruikte profielen in PC-Overslag 41 Figuur 5.1 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Den Helder (crashactie en HR2006testlocaties) 50 Figuur 5.2 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K op
Hs en Tm-1,0 in Den Helder 50
Figuur 5.3 Effect veranderingen van de aspecten binnen SWAN en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 Den Helder. 51 Figuur 5.4 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties)
en effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Den Helder 53 Figuur 5.5 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Den Helder 53 Figuur 5.6 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Den Helder. 53 Figuur 5.7 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Petten (crashactie en HR2006testlocaties) 55 Figuur 5.8 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K op
Hs en Tm-1,0 in Petten 55
Figuur 5.9 Effect veranderingen van de aspecten binnen
SWAN en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 in Petten. 56 Figuur 5.10 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties)
en effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Petten. 57 Figuur 5.11 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Petten. 57
Figuur 5.12 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Petten. 58 Figuur 5.13 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Hondsbossche (crashactie en HR2006testlocaties) 59 Figuur 5.14 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K op
Hs en Tm-1,0 in Hondsbossche 59
Figuur 5.15 Effect veranderingen van de aspecten binnen SWAN en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 in Hondsbossche. 60 Figuur 5.16 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties)
en effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Hondsbossche. 61 Figuur 5.17 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Hondsbossche. 61 Figuur 5.18 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Hondsbossche. 61 Figuur 5.19 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Flaauwe Werk (crashactie en HR2006testlocaties) 63 Figuur 5.20 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K op
Hs en Tm-1,0 in Flaauwe Werk 63
Figuur 5.21 Effect veranderingen van de aspecten binnen SWAN en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 in Flaauwe Werk. 63 Figuur 5.22 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties)
en effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Flaauwe Werk 64 Figuur 5.23 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Flaauwe Werk 65 Figuur 5.24 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Flaauwe Werk 65 Figuur 5.25 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Westkapelle 1 (crashactie en HR2006testlocaties) 66 Figuur 5.26 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K
op Hs en Tm-1,0 in Westkapelle 1 67 Figuur 5.27 Effect veranderingen van de aspecten binnen SWAN
en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 in Westkapelle 1. 67 Figuur 5.28 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties) en
effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Westkapelle 1 68 Figuur 5.29 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Westkapelle 1 68 Figuur 5.30 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Westkapelle 1 68 Figuur 5.31 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Westkapelle 2 (crashactie en HR2006testlocaties) 70 Figuur 5.32 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K op
Hs en Tm-1,0 in Westkapelle 2 70 Figuur 5.33 Effect veranderingen van de aspecten binnen SWAN
en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 in Westkapelle 2. 70 Figuur 5.34 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties)
en effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Westkapelle 2. 71
Figuur 5.35 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Westkapelle 2. 71 Figuur 5.36 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Westkapelle 2. 72 Figuur 5.37 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Eilanddijk (crashactie en HR2006testlocaties) 73 Figuur 5.38 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K op
Hs en Tm-1,0 in Eilanddijk 73
Figuur 5.39 Effect veranderingen van de aspecten binnen SWAN en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 in Eilanddijk 73 Figuur 5.40 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties)
en effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Eilanddijk 74 Figuur 5.41 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Eilanddijk 74 Figuur 5.42 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Eilanddijk. 75 Figuur 5.43 Golfhoogte (Hs) en golfperiode (Tm-1,0) in
Oud Breskens (crashactie en HR2006testlocaties) 76 Figuur 5.44 Effect veranderingen van SWAN en Hydra-K op
Hs en Tm-1,0 in Oud Breskens 76
Figuur 5.45 Effect veranderingen van de aspecten binnen SWAN en Hydra-K op Hs en Tm-1,0 in Oud Breskens. 76 Figuur 5.46 Kruinhoogte (crashactie en HR2006testlocaties)
en effect veranderingen van Hydra-K, SWAN en
PC-Overslag op de kruinhoogte in Oud Breskens. 77 Figuur 5.47 Effect veranderingen van de aspecten binnen
PC-Overslag op de kruinhoogte in Oud Breskens. 77 Figuur 5.48 Effect veranderingen van de aspecten binnen
Hydra-K op de kruinhoogte in Oud Breskens. 78
. . .
Lijst met Tabellen
Tabel 1 Vergelijking golfhoogte (Hs), golfperiode (Tm-1,0) en kruinhoogtes (kh)van de crashactie
en HR2006testlocaties 13 Tabel 2.1 De 8 dijklocaties langs Hollandse Kust en Westerschelde 21
Tabel 2.2 HR locaties in de crashactie 22
Tabel 2.3 HR locaties van 4 dijkvakken in HR2006testlocaties 22 Tabel 3.1 Correctiefactoren in de crashactie en HR2006 32 Tabel 3.2 Dijkoriëntaties van de locaties in de Westerschelde 33 Tabel 3.3 Gebruikte profielen in PC-Overslag 41 Tabel 3.4 Toeslag op waterstand t.g.v buistoten/bui-oscillaties 42 Tabel 3.5 Samenvatting aspecten in crashactie en
HR2006testlocaties 43 Tabel 4.1 Bijdragen aan verandering in Hs en Tm-1,0 ten gevolge
van de wijziging in de invoerparameter in SWAN. 46 Tabel 4.2 Verschillende stappen in de verschilanalyse 48 Tabel 5.1 Waterstanden Den Helder (crashactie en
HR2006testlocaties) 49 Tabel 5.2 Golfrichting Den Helder (crashactie en
HR2006testlocaties) 52 Tabel 5.3 Waterstanden Petten (crashactie en
HR2006testlocaties) 54 Tabel 5.4 Golfrichting Petten (crashactie en HR2006testlocaties) 56 Tabel 5.5 Waterstanden Hondsbossche (crashactie en
HR2006testlocaties) 58 Tabel 5.6 Golfrichting in Hondsbossche (crashactie en
HR2006testlocaties) 60 Tabel 5.7 Waterstanden Flaauwe Werk (crashactie en
HR2006testlocaties) 62 Tabel 5.8 Golfrichting in Flaauwe Werk (crashactie en
HR2006testlocaties) 64 Tabel 5.9 Waterstanden Westkapelle 1 (crashactie en
HR2006testlocaties) 65 Tabel 5.10 Golfrichting in Westkapelle 1 (crashactie en
HR2006testlocaties) 67 Tabel 5.11 Waterstanden Westkapelle 2 (crashactie en
HR2006testlocaties) 69 Tabel 5.12 Golfrichting in Westkapelle 2 (crashactie en
HR2006testlocaties) 71 Tabel 5.13 Waterstanden Eilanddijk (crashactie en
HR2006testlocaties) 72 Tabel 5.14 Golfrichting in Eilanddijk (crashactie en
HR2006testlocaties) 74 Tabel 5.15 Waterstanden Oud Breskens (crashactie en
HR2006testlocaties) 75 Tabel 5.16 Golfrichting in Oud Breskens (crashactie en
HR2006testlocaties) 77
. . .
Samenvatting
Aanleiding analyse
In 2002/2003 is door DWW en RIKZ een crashactie uitgevoerd, waarin voor 8 zeeweringen de hydraulische randvoorwaarden en
maatgevende kruinhoogte zijn berekend (RWS DWW (2002a) met als achtergrond documenten RWS RIKZ (2002a), RWS RIKZ (2002b), RWS DWW (2002b) en RWS DWW (2003)). Deze crashactie is uitgevoerd naar aanleiding van het TAW advies (TAW, 2002b), waarin wordt vermeld dat de golfaanval op de kust zwaarder is dan is opgenomen in de vigerende HR2001, zodat er aan de kust mogelijk sprake is van een veiligheidsprobleem. Naar aanleiding van de crashactie zijn
aanvullende beheersoordelen opgesteld en een aantal
noodmaatregelen uitgevoerd. Tevens wordt de voorontwerpfase van de zwakke schakels ermee uitgevoerd.
Conform de Wet op de Waterkering (1996) zullen eind 2006 opnieuw hydraulische randvoorwaarden worden vastgesteld. Naar aanleiding hiervan heeft RIKZ, in opdracht van DWW, het project HR2006 geïnitieerd en uitgevoerd. De rekenmethode die is gebruikt voor de HR2006 is veranderd ten opzichte van die in de crashactie. Bepaalde uitgangspunten, keuzes en instellingen zijn aangepast, tevens is de gebruikte software verder ontwikkeld.
Doel analyse
Een verschilanalyse is uitgevoerd tussen de crashactie (2002/2003) en HR2006. Het doel hiervan is om inzicht te krijgen in de oorzaak van het verschil tussen de ‘oude’ getallen (crashactie) en de ‘nieuwe’
getallen van HR2006. Niet alleen de hydraulische randvoorwaarden zijn vergeleken (het projectdomein van HR2006), maar ook is de kruinhoogte meegenomen in de analyse. Daarom wordt in de verschilanalyse niet gesproken van HR2006 maar van
HR2006testlocaties.
Opzet analyse
De verschilanalyse is als volgt uitgevoerd. Allereerst, zijn de ‘oude’
crashgetallen, zover mogelijk, gereproduceerd. Hierna is steeds één aspect veranderd conform de huidige instellingen, zodat het effect van dat specifieke aspect op de uitkomsten (zowel hydraulische randvoorwaarden als kruinhoogte) inzichtelijk wordt.
De verschillende stappen die worden genomen in de verschilanalyse (wijziging van steeds 1 aspect) zijn te clusteren naar drie grote stappen. De clusters komen overeen met de rekenmethodes die worden toegepast voor de berekening van de randvoorwaarden en kruinhoogtes, te weten SWAN, Hydra-K en PC-Overslag (Figuur 1).
In de analyse is de invoer zoveel mogelijk gelijk gehouden, zodat de waargenomen verschillen in randvoorwaarden en kruinhoogtes alleen worden veroorzaakt door veranderingen in rekenmethodes en uitgangspunten. De invoer is bijvoorbeeld het dijkprofiel of de locatie van het uitvoerpunt van de hydraulische randvoorwaarde.
SWAN maakt een vertaling van de golfcondities van diep water naar locaties vlak voor de kust. Na de berekening met SWAN wordt een database gevuld met nearshore golfparameters bij verschillende waterstanden, windrichtingen en –snelheden. Binnen de SWAN
rekenmethode is een aantal veranderingen doorgevoerd in HR2006 ten opzichte van de crashactie, zoals de bodemtopografie vlakbij de kust.
In de HR2006 is hier gebruik gemaakt van een systeemgemiddelde bodem, terwijl in de crashactie een momentopname werd gebruikt (bodem uit 1995). Tevens zijn de fysische instellingen gewijzigd.
In HR2006 worden géén triads meegenomen, omdat bij vergelijking met metingen blijkt dat het beter is dit proces uit te zetten in de modelberekeningen. Tevens wordt een andere formulering voor de whitecapping toegepast, zodat de golfenergie bij lagere frequenties beter wordt voorspeld en daardoor ook een verbeterde voorspelling van de gemiddelde golfperiode. Ook zijn andere correctiefactoren toegepast op de, met SWAN berekende, significante golfhoogte en golfperiode (Tm-1,0) op basis van een grondige analyse van de beschikbare metingen.
Hydra-K gebruikt de SWAN database om de hydraulische
randvoorwaarden te berekenen. Voor de berekening van de HR2006 is een vernieuwde versie van Hydra-K gebruikt en is bijvoorbeeld
gekozen voor de optie ‘periode als stochast’ in plaats van ‘periode niet als stochast’ in de crashactie. Eerder werd aangenomen dat de
periodemaat in feite volledig wordt bepaald door de windsnelheid.
Uit de metingen blijkt echter dat, bij een gegeven windsnelheid, een natuurlijke variatie in de periodemaat bestaat, zodat de golfperiode als stochast moet worden beschouwd.
. . .
Figuur 1
Rekenproces van hydraulische randvoorwaarden en kruinhoogtes
Invoer
Rekenm ethode
SW A N H ydra-K PC-O verslag
D atabase SW A N
H ydraulische
RVW Kruinhoogte
Als invoer in PC-Overslag worden de hydraulische randvoorwaarden gebruikt voor de berekening van de kruinhoogte van de dijk. Sinds de crashactie is niet alleen de versie verder ontwikkeld, maar is o.a.
ook de instelling binnen PC-Overslag veranderd van ‘vergelijking met metingen’ in de crashactie naar ‘geen vergelijking met metingen’ in HR2006. Als de optie ‘vergelijking met metingen’ wordt gebruikt wordt de verwachtingswaarde van de golfoploop en de golfoverslag berekend. Indien de optie niet wordt gebruikt, wordt een marge in acht genomen voor de modelonzekerheid zoals ook wordt aanbevolen door de VTV.
Resultaten
In Tabel 1 zijn de resultaten van 4 van de 8 punten weergegeven.
Alleen de significante golfhoogte en de golfperiode Tm-1,0 zijn van de hydraulische randvoorwaarden gegeven. In onderstaande punten is Petten qua orde-grootte representatief voor Hondsbossche, Den Helder voor Flaauwe Werk, Westkapelle 1 voor Westkapelle 2 en Eilanddijk voor Oud-Breskens.
Significante golfhoogte
Ten opzichte van de crashactie daalt de significante golfhoogte (Hs) licht in de punten Den Helder en Eilanddijk. In Petten en Westkapelle stijgt de golfhoogte. De stijgingen van de golfhoogte worden
veroorzaakt door veranderingen binnen de aansturing van SWAN. Bij Petten zijn de bodem en gewijzigde fysische instellingen de oorzaak. De systeemgemiddelde bodem (HR2006) ligt dieper dan de bodem in 1995 (crashactie) wat resulteert in een hogere golfhoogte, net als het niet meenemen van de triads. In Westkapelle wordt de stijging veroorzaakt door de gewijzigde correctiefactoren. In de crashactie werd de
golfhoogte niet gecorrigeerd, terwijl voor de HR2006 een
correctiefactor op basis van metingen wordt toegepast. In Den Helder hebben de bodem en de fysische instellingen geen invloed, wat resulteert in een vrijwel gelijke Hs. Bij de Eilanddijk heeft de correctiefactor van de golfhoogte nauwelijks invloed door de lage absolute waarde van de golfhoogte.
. . .
Tabel 1
Vergelijking golfhoogte (Hs), golfperiode (Tm-1,0) en kruinhoogtes (kh)van de crashactie en HR2006testlocaties
Den Helder Petten Westkapelle 1 Eilanddijk
Hs crashactie 3,1 m 3,2 m 4,2 m 1,7 m
Hs HR06testloc. 3,0 m 3,9 m 4,5 m 1,6 m
Hs verschil -0,1 m 0,7 m 0,3 m -0,1 m
Tm-1,0 crashactie 9,0 s 13,4 s 10,6 s 6,3 s
Tm-1,0 HR06testloc. 7,6 s 12,1 s 9,5 s 5,9 s
Tm-1,0 verschil -1,4 s -1,3 s -1,1 s -0,4 s
Kh crashactie 10,1 m 14,5 m 11,1 m 7,5 m
Kh HR06testloc. 9,6 m 17,6 m 11,7 m 7,3 m
Kh verschil -0,5 m 3,1 m 0,6 m -0,2 m
Golfpriode Tm-1,0
De golfperiode Tm-1,0 daalt in ieder punt ten opzichte van de crash actie.
In vrijwel alle gevallen wordt dat veroorzaakt door de veranderde correctiefactoren. In de punten Den Helder en Petten hebben de fysische instellingen óók een significant effect op de golfperiode Tm-1,0. Deze zorgen voor een stijging van de golfperiode Tm-1,0, omdat bekend is dat de standaard fysische instellingen in SWAN (gebruikt in de cras h- actie) leiden tot een onderschatting van de golfperiode. Desalniettemin is uiteindelijk sprake van een daling in de golfperiode Tm-1,0, doordat de oude correctiefactoren (zoals toegepast in de crashactie) zijn overschat wegens gebrek aan tijd om de beschikbare metingen grondig te analyseren, terwijl de nieuwe correctiefactoren nauwkeuriger zijn bepaald.
Kruinhoogte
De benodigde kruinhoogte van Den Helder daalt als gevolg van daling in de golfperiode Tm-1,0. De gevolgen van gewijzigde instellingen in PC-Overslag blijken secundair te zijn. Ondanks daling in golfperiode Tm-1,0 heeft de verhoging van de significante golfhoogte geleidt tot verhoging van de kruinhoogte bij Petten. Daarnaast is de verdere stijging in de kruinhoogte in gelijke mate veroorzaakt door de
‘deterministische’ instelling van PC-Overslag en door de periode als stochast te kiezen.
Hoewel de golfperiode Tm-1,0 significant gedaald is en daardoor de kruinhoogte van Westkappelle daalt, wordt deze daling tenietgedaan door de veranderde versie van PC-Overslag met de ‘deterministische’
instelling.
De kruinhoogte van Eilanddijk is vrijwel gelijk gebleven, omdat de effecten van sommige onderdelen (SWAN, Hydra-K en PC-Overslag) enerzijds marginaal zijn en anderzijds elkaar opheffen.
Conclusies
Door de gehanteerde ‘stap-voor-stap’ aanpak in de verschilanalyse van de crashactie versus HR2006testlocaties is een goed beeld verkregen van de hydraulische randvoorwaarden van toen en nu. Daarnaast heeft deze aanpak duidelijk gemaakt welke consequenties de
uitgangspunten van HR2006, keuze van de instellingen, gebruikte software, etc. hebben voor zowel de hydraulische belasting als voor de kruinhoogtes. Voor toekomstige projecten (HR2011, SBW, etc) is dit een belangrijk gegeven.
Locaties Hollandse Kust
• Bij de locaties aan de Hollandse Kust veroorzaken de veranderingen in bodemtopografie en fysische instellingen (rekenonderdeel SWAN) de verschillen in de significante golfhoogte.
• De veranderde correctiefactoren (rekenonderdeel SWAN) veroor- zaken de verschillen in golfperiode Tm-1,0.De fysische instellingen hebben ook een significant effect op de golfperiode Tm-1,0. Echter, dit effect wordt volledig tenietgedaan door het effect van de correctiefactoren.
• Veranderingen van Hydra-K (inclusief de veranderde versie) hebben relatief weinig invloed op de berekende hydraulische belasting.
• De kruinhoogteverschillen worden bepaald door de veranderingen in SWAN (bodem, fysische instellingen, correctiefactoren). Tevens kunnen de instelling ‘periode als stochast’ in Hydra-K en de
‘deterministische’ instelling in PC-Overslag een significant (toenemend) effect geven op de hoogte van de benodigde kruin.
Locaties Westerschelde
• Bij de locaties in de Westerschelde zijn de correctiefactoren bepalend voor de verschillen in zowel de significante golfhoogte als in de golfperiode Tm-1,0.
• Veranderingen van Hydra-K (inclusief de veranderde versie) hebben relatief weinig invloed op de berekende hydraulische belasting.
• De kruinhoogteverschillen worden bepaald door de veranderingen in SWAN (bodem, fysische instellingen, correctiefactoren).
Tevens kunnen de instelling ‘periode als stochast’ in Hydra-K en de ‘deterministische’ instelling in PC-Overslag een significant (toenemend) effect geven op de hoogte van de benodigde kruin.
. . .
1. Inleiding
1.1 Aanleiding verschilanalyse
Op verzoek van de Technische Adviescommissie voor de Water-
keringen (TAW) is door DWW en RIKZ in 2002 en 2003 een onderzoek uitgevoerd naar het effect van zwaardere golfbelastingen voor de waterkeringen (RWS DWW, 2002 met achtergronddocument RWS RIKZ, 2002a). Op basis van deze inventarisatie is door de TAW in 2002 een advies per brief aan de Staatssecretaris uitgebracht (TAW, 2002b) waarin wordt vermeld dat de golfaanval op de kust zwaarder is dan is opgenomen in het vigerende Hydraulische Randvoorwaardenboek (HR2001). De TAW concludeerde dat er aan de kust mogelijk sprake is van een veiligheidsprobleem.
Directoraat-Generaal Water (DGW) heeft hierna een second opinion gevraagd aan WL|Delft Hydraulics over de door Rijkswaterstaat opgestelde documenten achter het advies van de TAW. Hierin worden de bevindingen van de TAW bevestigd (zie WL|Delft, 2003).
Tevens heeft DGW destijds aan DWW gevraagd om een 2e inven ta- risatie te maken waarin de verwachte effecten van de zwaardere golfbelasting op landsdekkend niveau worden bepaald. De 1e inven- tarisatie was namelijk uitgevoerd voor enkele duinstrekkingen en dijksecties. Het effect van de zwaardere golfbelasting is alleen bekeken voor de Hollandse Kust en de koppen van de Zuid Hollandse en Zeeuwse eilanden. Door een gebrek aan vertrouwen in de
onderliggende informatie, is de inventarisatie niet uitgevoerd voor de Wester schelde, Oosterschelde en Waddenzee. De resultaten van de 2e inventarisatie zijn gedocumenteerd in RWS DWW (2002c) met als achtergronddocument RWS RIKZ (2002b). Tevens zijn de
uitgangspunten en achtergronden die zijn gebruikt beschreven in respectievelijk RWS DWW (2003) en RWS DWW (2002b). De twee uitgevoerde inventarisaties door DWW worden ook wel crashacties genoemd.
De analyse in dit document richt zich alleen op de uitkomsten van de harde zeeweringen (zeedijken). In de meest recente crashactie (crashactie II) zijn voor 8 zeeweringen de hydraulische
randvoorwaarden en maatgevende kruinhoogte berekend. Er is gebruik gemaakt van Hydra-K voor de bepaling van de hydraulische
randvoorwaarden en PC-Overslag voor de berekening van de kruinhoogte. Hydra-K berekent op probabilistische wijze het
illustratiepunt (representatieve combinatie van waterstand, golfhoogte, golfperiode en hoek van golfinval). Als een dijkhoogte wordt berekend met de belastingcombinatie in het illustratiepunt, dan is de veiligheid gelijk aan de veiligheidsnorm. Met de hydraulische condities in het illustratiepunt wordt in PC-Overslag, in combinatie met het dijkprofiel, de maatgevende kruinhoogte bepaald.
De status van de crashactie is niet gelijk aan die van HR2001 en vervangt de HR2001 dan ook niet. Echter, de crashactie heeft wel degelijk een waarde, omdat de aanvullende beheersoordelen in 2003 ermee uit zijn gevoerd. Tevens is een aantal noodmaatregelen op de resultaten van de beheerdersoordelen gebaseerd, zoals de damwand bij Petten, en wordt de voorontwerpfase van zwakke schakels ermee uitgevoerd.
Conform de Wet op de Waterkering (1996) zullen eind 2006 opnieuw hydraulische randvoorwaarden worden vastgesteld. Naar aanleiding hiervan heeft RIKZ, in opdracht van DWW, het project HR2006 geïni- tieerd en uitgevoerd. De rekenmethode van de HR2006 is veranderd ten opzichte van die van de crashactie. Bepaalde uitgangspunten en keuzes zijn aangepast. De bodemtopografie is onder andere veranderd, bepaalde instellingen zijn gewijzigd (er wordt nu bijvoorbeeld rekening gehouden met de spreiding in de spectrale golfperiode) en de
gebruikte software is verder ontwikkeld (zoals Hydra-K). Om de oorzaak van het verschil tussen de ‘oude’ getallen (crashactie II) en de ‘nieuwe’ getallen (HR2006) inzichtelijk te maken is een analyse uitgevoerd. Deze analyse wordt beschreven in dit document.
De taakstelling van het project HR2006 omvat de berekening en aanlevering van de hydraulische randvoorwaarden. Hieronder valt dus niet de berekening van de kruinhoogtes. Echter, in de verschilanalyse wordt het effect op de kruinhoogte wél onderzocht, waardoor tevens inzicht wordt verkregen in de consequenties van uitgangspunten en keuzes voor de kruinhoogte. De waarden van de kruinhoogte zijn dus een indicatie.
1.2 Doel verschilanalyse
Het doel is om inzicht te krijgen in de oorzaak van het verschil tussen de ‘oude’ getallen (crashactie) en de ‘nieuwe’ getallen (HR2006).
Er wordt onderzocht wat de consequenties zijn van de veranderde uitgangspunten, keuze instellingen, gebruikte software, etc voor zowel de hydraulische belasting als voor de kruinhoogte.
In dit document wordt niet alleen een beschrijving gegeven van de aspecten die verschillen veroorzaken, maar worden ook de
uitgangspunten en achtergronden van de berekeningen van HR2006 beschreven en toegelicht, zodat duidelijk wordt hoe de getallen tot stand zijn gekomen en waarom.
1.3 Opzet verschilanalyse
De verschilanalyse is als volgt uitgevoerd. Allereerst, zijn de ‘oude’
crashgetallen, zover mogelijk, gereproduceerd. Het bleek niet mogelijk om de oude getallen geheel opnieuw te reproduceren, omdat sommige middelen (bijvoorbeeld software) niet meer voorhanden zijn. Na de reproductie van de oude getallen is steeds één aspect veranderd
conform de huidige instellingen, zodat het effect van dat specifieke aspect op de uitkomsten (zowel op de hydraulische randvoorwaarden als op de kruinhoogte) inzichtelijk wordt.
Omdat aspecten in de analyse worden meegenomen die niet onder het project HR2006 vallen (zoals de kruinhoogte), wordt gesproken over HR2006testlocaties. In dit document wordt alleen gesproken over HR2006, indien het uitgangspunten en keuzes betreffen die wél gelden voor de totstandkoming van de HR2006.
De verschillende stappen die worden genomen in de analyse (waarbij steeds 1 aspect wordt gewijzigd) zijn te clusteren naar drie grote stappen. De clusters komen overeen met de rekenmethodes die worden toegepast voor de berekening van de hydraulische
randvoorwaarden en kruinhoogtes, te weten SWAN, Hydra-K en PC- Overslag (Figuur 1.1).
In Figuur 1.1 is te zien dat PC-Overslag alléén invloed heeft op de
kruinhoogte en niet op de hydraulische randvoorwaarden, omdat de hydraulische randvoorwaarden voor PC-Overslag het vertrekpunt zijn.
SWAN en Hydra-K hebben daarentegen invloed op zowel de hydraulische randvoorwaarden als op de kruinhoogte, omdat de kruinhoogte wordt berekend op basis van de hydraulische randvoorwaarden.
In de analyse is de invoer zoveel mogelijk gelijk gehouden, zodat de waargenomen verschillen in hydraulische randvoorwaarden en kruinhoogtes alleen worden veroorzaakt door veranderingen in rekenmethodes en uitgangspunten. De invoer is bijvoorbeeld het dijkprofiel of de locatie waar de hydraulische randvoorwaarden worden berekend (HR locatie). Laatstgenoemde is de locatie waar het
illustratiepunt (combinatie van waterstand, golfhoogte, golfperiode en hoek van golfinval) wordt berekend voor de bijbehorende dijklocatie.
. . .
Figuur 1.1
Rekenproces van hydraulische randvoorwaarden en kruinhoogtes
Invoer
Rekenmethode
SWAN Hydra-K PC-Overslag
Database SWAN
Hydraulische
RVW Kruinhoogte
De invoer van het dijkprofiel kan in de berekeningen precies gelijk gehouden worden, maar de HR locaties voor de Hollandse kust zijn in HR2006 licht verschoven ten opzichte van de crashactie. De HR locaties (en dijklocaties) worden uitvoerig behandeld in hoofdstuk 2.
SWAN maakt een vertaling van de golfcondities op diep water naar locaties vlak voor de kust, waarbij de diepwater randvoorwaarden gebaseerd zijn op de statistiek van metingen. Na de berekening met SWAN wordt een database gevuld met nearshore golfparameters bij verschillende waterstanden, windrichtingen en windsnelheden. Binnen de SWAN rekenmethode zijn een aantal veranderingen doorgevoerd voor de berekening van de HR2006. In de HR2006 is bijvoorbeeld vlakbij de kust gebruik gemaakt van een systeemgemiddelde bodem, terwijl in de crashactie een momentopname werd gebruikt (bodem uit 1995). Deze verandering en andere aspecten binnen SWAN worden in paragraaf 3.2 uitgebreid beschreven.
Met Hydra-K wordt op probabilistische wijze het illustratiepunt berekend (representatieve combinatie van waterstand, golfhoogte, golfperiode en hoek van golfinval). Hydra-K gebruikt daarbij de SWAN database als invoer. Binnen Hydra-K zijn een aantal aspecten te
onderscheiden, die sinds de crashactie zijn veranderd. Er is bijvoorbeeld een vernieuwde versie in gebruik (versie 3.2) en zijn andere instellingen toegepast. In paragraaf 3.3 worden de verschillende aspecten van Hydra-K beschreven.
De hydraulische randvoorwaarden worden als invoer in PC-Overslag gebruikt voor de berekening van de benodigde kruinhoogte van de dijk. Sinds de crashactie is de versie van PC-Overslag verder ontwikkeld en wordt in de HR2006testlocaties een andere instelling toegepast. Deze aspecten resulteren in een verandering van de benodigde kruinhoogte. Voor een beschrijving van de verschillende aspecten binnen PC-Overslag wordt verwezen naar paragraaf 3.4.
1.4 Leeswijzer
De 8 dijklocaties uit de crashactie zijn in hoofdstuk 2 gegeven.
Tevens worden hierin de HR locaties (van zowel de crashactie als de HR2006testlocaties) behandeld. In hoofdstuk 3 worden de rekenmethodes SWAN (§3.2), Hydra-K (§3.3) en PC-Overslag (§3.4) beschreven. De aspecten die invloed hebben op de hydraulische randvoorwaarden en kruinhoogtes worden behandeld met de gebruikte uitgangspunten en keuzes in de crashactie en HR2006testlocaties.
In hoofdstuk 4 zijn de verschillende stappen, die tijdens de verschil- analyse worden genomen, beschreven en uitgewerkt en in hoofdstuk 5 zijn de resultaten per locatie gegeven. Het effect van de rekenmethodes en aspecten op zowel de hydraulische randvoorwaarden als op de kruinhoogte worden gepresenteerd.
Ten slotte zijn in hoofdstuk 6 de conclusies gegeven.
. . .
2. Dijklocaties en HR locaties
2.1 Crashactie 2002
In de crashactie zijn voor 8 dijklocaties de hydraulische
randvoorwaarden en kruinhoogtes berekend voor verschillende faalmechanismen (RWS DWW, 2002b). Deze dijklocaties zijn weergegeven in Tabel 2.1 (zie ook Figuur 2.1 t/m Figuur 2.6).
Als uitgangspunt voor de berekening van het illustratiepunt is gekozen voor de locatie ter plaatse van de teen van de dijk. De met SWAN berekende golfparameters zijn op 50m zeewaarts van de teen van de dijk bepaald, de zogenaamde HR locaties. Er is aangenomen dat de hydraulische randvoorwaarden bij de teen van de dijk gelijk zijn aan 50 m zeewaarts van de teen. Er is een gering verschil tussen dijklocatie en HR locatie. De berekeningen van het illustratiepunt gelden voor de HR locaties. In principe wordt gekozen voor de HR locatie die het dichtst ligt bij de gegeven dijklocatie uit Tabel 2.1. Er is echter op 3 locaties van dit principe afgeweken, t.w. Helderse Zeewering, Westkapelle 1 en Westkapelle 2 (Figuur 2.1 en Figuur 2.5). Bij deze locaties is gekozen voor de HR locatie waarin de hydraulische belasting de hoogste golfoverslag geeft. Hiervoor is in iedere HR locatie langs de dijk de golfoverslag bepaald met de bijbehorende hydraulische belasting. De HR locatie met de hoogste golfoverslag is gekozen.
Voor bijvoorbeeld de Helderse Zeewering ligt deze HR locatie op 500m ten zuiden van de dijklocatie. Voor de illustratiepuntberekeningen wordt in deze afgeweken locaties echter wel het dijkprofiel van de gegeven dijklocatie (Tabel 2.1) gehanteerd. Voor meer details, zie RWS DWW, 2002b.
De locaties waarin de illustratiepuntberekeningen van de crashactie zijn uitgevoerd zijn weergegeven in Tabel 2.2 (zie ook Figuur 2.1 t/m Figuur 2.6).
. . .
Tabel 2.1
De 8 dijklocaties langs Hollandse Kust en Westerschelde
Dijklocatie crashactie x y
Helderse Zeewering 110151 551732
Pettemer Zeewering 105833 531911
Hondsbossche Zeewering 105036 529278
Flaauwe Werk 52451 427459
Westkapelse Zeedijk 1 21236 397324
Westkapelse Zeedijk 2 19925 396606
Eilanddijk (Vlissingen) 30404 385047
Oud Breskens 26591 381090
. . .
Tabel 2.2
HR locaties in de crashactie
2.2 HR2006
In het kader van het HR2006 project zijn voor de Hollandse Kust opnieuw SWAN berekeningen uitgevoerd (Van Ledden et.al., 2005).
Opnieuw is ervoor gekozen om de uitvoerpunten 50m uit de teen van de dijk te positioneren. Bovendien liggen deze punten ongeveer halverwege tussen de kribvakken.
Ten opzichte van de HR locaties van de crashactie (zg. crashlocaties) liggen deze punten ietwat verschoven. Er is gekozen voor de HR locatie die het dichtst bij de crashlocatie ligt. De HR locaties van de 4 dijkvakken langs Hollandse Kust, zoals bepaald in het HR2006 project, zijn weergegeven in Tabel 2.3. De HR locaties in de Westerschelde zijn hetzelfde als in de crashactie. Zie ook Figuur 2.1 t/m Figuur 2.6.
. . .
Tabel 2.3
HR locaties van 4 dijkvakken in HR2006testlocaties
HR locatie crashactie x y
Helderse Zeewering 109927 551272
Pettemer Zeewering 105815 532031
Hondsbossche Zeewering 104909 529183
Flaauwe Werk 52413 427501
Westkapelse Zeedijk 1 20862 397340
Westkapelse Zeedijk 2 20022 396865
Eilanddijk (Vlissingen) 30317 384968
Oud-Breskens 26526 381296
HR locatie HR2006testlocaties x y
Helderse Zeewering 109903 551258
Pettemer Zeewering 105780 531966
Hondsbossche Zeewering 104896 529141
Flaauwe Werk 52435 427558
. . .
Figuur 2.1
Dijklocatie en HR locaties Den Helder
. . .
Figuur 2.3
Dijklocaties en HR locaties Flaauwe Werk
. . .
Figuur 2.2
Dijklocaties en HR locaties Hondsbossche en Pettemer zeewering
. . .
Figuur 2.4
Dijklocaties en HR locaties Westkapelle
. . .
Figuur 2.5
Dijklocaties en HR locaties Eilanddijk
. . .
Figuur 2.6
Dijklocaties en HR locaties in crashactie en HR2006 (Oud Breskens)
. . .
3. Aspecten die verschillen veroorzaken tussen crashactie en HR2006testlocaties
3.1 Inleiding
De drie rekenmethodes die worden toegepast voor het berekenen van de hydraulische randvoorwaarden en kruinhoogtes worden afzonderlijk behandeld in dit hoofdstuk: SWAN (§3.2), Hydra-K (§3.3) en
PC-Overslag (§3.4). De verschillende aspecten en uitgangspunten, instellingen en keuzes in de crashactie en HR2006testlocaties zijn daarin beschreven.
3.2 SWAN
Voor de crashactie is gebruik gemaakt van de SWAN resultaten, opgeslagen in de RAND2001 database. Voor de HR2006 zijn deels nieuwe SWAN berekeningen gemaakt voor de Hollands kust en de Zuid-Hollandse eilanden. Ten behoeve van HR2006 zijn deze resultaten opgeslagen in KustDB2006. Hoe de SWAN berekeningen precies tot stand zijn gekomen, staat beschreven in paragraaf 3.2.1 De verschillen in de bodemtopografie, fysische instellingen van
SWAN en golfrandvoorwaarden op diep water vormen de belangrijkste verklaringen tussen de verschillen in de illustratiepunten van respec- tievelijk de crashactie en HR2006testlocaties. Zie Bijlage D voor meer informatie. De bodemtopografie, fysische instellingen en golfrand- voorwaarden zullen in respectievelijk paragraaf 3.2.2, 3.2.3 en 3.2.4.
nader besproken worden. Bovendien zijn de SWAN resultaten aan de hand van metingen aangepast middels correctiefactoren. Het
doorwerken van deze correctiefactoren op de kruinhoogtes zal uitvoerig besproken worden in paragraaf 3.2.5.
Naast de SWAN resultaten bevatten de databases tevens andere dijk- oriëntaties. In de Westerschelde zijn deze enigszins aangepast ten opzichte van RAND2001. In paragraaf 3.2.6 wordt dit aspect toegelicht.
3.2.1. Uitgevoerde berekeningen met het golfmodel SWAN Eind jaren ’90 heeft Alkyon, in opdracht van RWS RIKZ, SWAN berekeningen uitgevoerd voor de gebieden Westerschelde,
Oosterschelde, Hollandse kust en Waddenzee. Voor een overzicht, zie Alkyon (2006). De resultaten van deze SWAN berekeningen zijn destijds opgeslagen in de RAND2001 database, welke standaard beschikbaar is in Hydra-K versie 3.0.t. Deze database is gebruikt voor de crashactie berekeningen.
In 2005 zijn bovengenoemde SWAN berekeningen geherstructureerd door Alkyon (Alkyon, 2005). Door deze herstructurering is het mogelijk deze SWAN berekeningen in de KustDB2006 applicatie in te voeren, de opvolger van RAND2001 database ten behoeve van HR2006.
Voor de herstructurering zijn alle resultaten van de uitgevoerde SWAN berekeningen verzameld. De geherstructureerde SWAN berekeningen van de Westerschelde en Oosterschelde zijn beschikbaar in KUSTDB2006 onder de werknaam ‘STEEN’ en worden gebruikt om de HR2006 voor deze gebieden te bepalen.
In het kader van het project HR2006 zijn door Royal Haskoning en WL|Delft (in opdracht van RWS RIKZ) honderden nieuwe SWAN berekeningen uitgevoerd op een kromlijnige modelschematisatie, gebaseerd op het WAQUA Kuststrookmodel . Dit t.b.v. de bepaling van de HR2006 voor de harde waterkeringen voor de Hollandse Kust en de Zuid-Hollandse eilanden. Meer informatie over hoe deze SWAN berekeningen zijn uitgevoerd is gegeven in Kieftenburg en Zijlema (2006).
Voorafgaand aan de SWAN berekeningen, zijn voorbereidende werkzaamheden verricht. Een uitgebreid verslag is hierover gedaan in Van Ledden et.al. (2005). De kwaliteit van de berekeningen is enerzijds vastgesteld middels procedurele en numerieke controles (Groeneweg et. al., 2005) en anderzijds door fysische controles, die zijn uitgevoerd met behulp van de KustDB2006 (Royal Haskoning, 2006). Het eind- resultaat is de opslag van de gecontroleerde SWAN berekeningen voor de Hollandse kust, Westerschelde en Oosterschelde in de KustDB2006.
Samengevat, bevat de KustDB2006 voor de gebieden Westerschelde en Oosterschelde de geherstructureerde (oude) SWAN berekeningen en voor de gebieden Hollandse Kust en Zuid-Hollandse eilanden nieuwe SWAN berekeningen. Voor het Waddenzee gebied zijn alleen verkennende SWAN berekeningen beschikbaar.
De verschillen in de bodemtopografie en fysische instellingen van SWAN vormen de belangrijkste verklaringen voor de verschillen tussen de illustratiepunten van respectievelijk de crashactie en HR2006 voor de Hollandse Kust en Zuid-Hollandse eilanden (paragraaf 3.2.2 t/m 3.2.4). Het enige verschil tussen de SWAN resultaten in RAND2001 en de Wester- en Oosterschelde in de KUSTDB2006 zijn de zogenaamde correctiefactoren (zie paragraaf 3.2.5) en een aantal gewijzigde dijk- oriëntaties (paragraaf 3.2.6).
3.2.2. Bodem
Eind jaren ’90 zijn door RIKZ binnen de projecten DIJKBEKLEDINGEN en INVENT bodemschematisaties gemaakt van alle Nederlandse estuaria en kustwateren. Deze bodemschematisaties zijn vervolgens gebruikt bij het bepalen van de ontwerpgolfrandvoorwaarden voor dijkbekledingen met behulp van SWAN (zg. RAND2001). Voor de bodemschematisaties zijn de meest recente bodems gebruikt, die destijds beschikbaar waren (uit 1995). De bodemschematisaties betreffen aldus een momentopname.
De werkwijze staat beschreven in het rapport van Svasek (1999).
In het HR2006 project zijn een 252-tal SWAN berekeningen uitgevoerd voor de Hollandse Kust. Voor al deze berekeningen is opnieuw een bodemschematisatie gemaakt voor de Hollandse Kust, waarvan
uitgebreid verslag is gedaan in RWS RIKZ (2005). Dit werd nodig geacht omdat in het kader van de veiligheidsbeoordeling gezocht wordt naar een representatieve bodem. Daartoe is een over 10 jaar gemiddelde bodem toegepast.
Bij de Hollandse kust is de bodemdiepte in de HR2006 groter dan die van RAND2001. In HR2006 is het systeemgemiddelde van de bodem gebruikt, terwijl in de crashactie een momentopname van de bodem (1995) is gebruikt1). Naar verwachting zijn de met
KustDB2006 berekeningen bij de Hollandse kust verkregen golfhoogtes in de HR2006testlocaties daarom groter dan die van RAND2001.
Echter, alleen bij de Pettemer en Hondsbossche Zeewering is de bodem significant anders in HR2006 dan in de crashactie.
In Figuur 3.1 en Figuur 3.2 zijn de bodemdieptes bij de Pettemer en Hondsbossche Zeewering uit respectievelijk de crashactie en HR2006 weergegeven. In Figuur 3.3 is het verschil tussen beide bodems weergegeven. Een toename van het verschil in deze figuur betekent een toename van de gebruikte bodemdiepte in HR2006 ten opzichte van de crashactie. Op dieper water is de bodem niet veel veranderd, maar in een strook van 200-300 meter langs de kust is een toename van de diepte te zien. Juist in deze zone is de bodemdiepte sterk bepalend voor de golfhoogte bij de dijk. Daarom zijn naar verwachting de golfhoogtes bij Petten en Hondsbossche berekend in de
HR2006testlocaties groter dan in de crashactie.
. . .
Figuur 3.1
Bodemschematisatie crashactie
1) Ten tijde van het project RAND2001 waren de bodemgegevens van 1995 het meest recent.
3.2.3. Fysische instellingen in SWAN
De modeluitkomsten in RAND2001 database zijn verkregen met SWAN berekeningen met de standaard fysische instellingen van de fysische processen op diep water (windinput, white-capping en quadruplets) in combinatie met surfbreking, triads en bodemwrijving.
Voor details, zie SWAN User Manual (2004).
. . .
Figuur 3.2
Bodemschematisatie HR2006
. . .
Figuur 3.3
Bodemverschil tussen crashactie en HR2006
In Zijlema (2005) is aanbevolen om in het kader van het HR2006 project de SWAN berekeningen voor de Hollandse Kust uit te voeren met andere fysische instellingen, te weten de n-switch in de
whitecapping formulering2) en het niet meenemen van triads. De achterliggende reden is dat met deze aangepaste instellingen het mogelijk is om 2D golfrandvoorwaarden te construeren. Daarnaast staat vast dat de structurele onderschatting van de periodematen door onder andere de whitecapping formulering in de huidige SWAN versie (versie 40.41) wordt veroorzaakt (zie Rogers et.al. (2002) en Van der Westhuysen et.al. (2006)). Tot slot is bekend dat de triads formulering in SWAN (versie 40.41) slechts beperkt toepasbaar is. Vergeleken met metingen blijkt het beter om dit proces uit te zetten in de
modelberekeningen. Voor meer details, zie Zijlema (2005).
3.2.4. Voorkomen van inspeeleffecten
In het verleden is gebleken dat SWAN bij het opleggen van
randvoorwaarden op open randen last kan hebben van inspeeleffecten.
In Van Ledden et.al. (2005) staat een methode beschreven om de geschikte golfrandvoorwaarden op de modelranden van het Kuststrook model af te leiden waarbij
• géén inspeeleffecten aanwezig zijn,
• de diepwater statistiek voor met name de golfperiode in de betreffende offshore meetstations Eierlandse Gat (ELD), IJmuiden (YMW) en Europlatform (EUR) met voldoende nauwkeurigheid wordt gereproduceerd (<5%) en
• de vorm van 1D spectrum op zowel de modelrand als in de diepwater stations enkeltoppig is.
Merk op dat de offshore stations in het domein van het Kuststrook model liggen.
De methode is toegepast bij de SWAN berekeningen voor HR2006.
De methode geeft een overschatting van de offshore golfhoogte.
Echter, de overschatting wordt tenietgedaan in de kustzone als gevolg van diepte-geïnduceerd breken. Dit laatste is wel getoetst in deze verschilanalyse. Zie ook Bijlage D.
3.2.5. Correctiefactoren
Op basis van een eerste verkenning, zoals beschreven in RWS RIKZ (2002c), is in de crashactie voor de Hollandse Kust een correctiefactor van 1,2 toegepast op de golfperiode, d.w.z. de door SWAN berekende Tm-1,0 is met 20% vermeerderd.
2) De default waarde 1 voor de parameter n wordt verhoogd naar 2. Dit leidt tot een verbeterde verdeling van de energie-dissipatie als functie van frequentie. Dit heeft tot gevolg dat de golfenergie bij lagere frequenties beter voorspeld wordt en daarmee uiteindelijk ook de verbeterde voorspelling van de gemiddelde golfperiode. In sommige gevallen kan er sprake zijn van overschatting van de periodematen.
Voor de Westerschelde was er onvoldoende informatie over de beschikbare metingen beschikbaar om een dergelijke correctiefactor af te leiden. Bij de crashactie is gekozen voor een factor van 1,1 (RWS RIKZ, 2002c). De correctiefactoren zijn ten tijde van de crashactie in Hydra-K 2.04 ingebouwd (zie ook paragraaf 3.3.1: versies Hydra-K).
Op de SWAN resultaten van HR2006 zijn ook correcties toegepast.
Systematische afwijkingen van verschillende golfparameters ten opzichte van metingen zijn geconstateerd. In Zijlema (2006) zijn de correctiefactoren afgeleid voor de berekende golfperioden Tm-1,0, Tpm en Tm02 uit vergelijking met veldmetingen rondom Petten. Deze correctiefactoren worden geacht toepasbaar te zijn voor alle harde keringen langs de Hollandse Kust. De significante golfhoogte hoeft niet gecorrigeerd te worden. Zie ook Tabel 3.1. De gecorrigeerde golfparameters zijn opgeslagen in KustDB2006.
Voor de monding en het binnengebied van de Westerschelde en de Oosterschelde zijn correctiefactoren bepaald voor het gebruik van RAND2001 ten behoeve HR2006 (WL|Delft, 2005). De correctie- factoren corrigeren het verschil in gemeten en met SWAN berekende resultaten in een aantal meetlocaties in de gebieden Westerschelde en Oosterschelde. Alle meetlocaties zijn onderverdeeld in fysische klassen die zich onderscheiden in relatieve diepte, strijklengte en effect van Noordzeegolven.
Vervolgens zijn op basis van een reeds uitgevoerde hindcaststudie (Gautier, 2003 en RWS RIKZ, 2003) correctiefactoren per klasse bepaald.
Tot slot zijn alle combinaties van windrichting en waterstand in alle uitvoerpunten ingedeeld in de gedefinieerde klassen. Op deze wijze hebben alle condities behorend bij de 1/4000 jaar condities in alle uitvoerpunten een correctiefactor toegekend gekregen.
. . .
Tabel 3.1
Correctiefactoren in de crashactie en HR2006
Crashactie HR2006
Hs Tm–10 Hs Tm–10
Den Helder 1,0 1,2 1,0 0,909
Petten 1,0 1,2 1,0 0,909
Hondsbossche 1,0 1,2 1,0 0,909
Flaauwe Werk 1,0 1,2 1,0 0,909
Westkapelle 1 1,0 1,1 1,069 1,081
Westkapelle 2 1,0 1,1 1,071 1,082
Eilanddijk 1,0 1,1 1,061 1,039
Oud Breskens 1,0 1,1 1,068 1,071
3.2.6. Verschil in dijkoriëntatie
Er is geconstateerd dat de dijkoriëntaties van de locaties in de Wester- schelde in RAND2001 afwijken van die in KustDB2006 (Tabel 3.2).
Een andere dijkoriëntatie kan invloed hebben op het illustratiepunt.
Vermoedelijk zijn de dijkoriëntaties tijdens de ontwikkeling van Hydra-K versie 3.1 gewijzigd. Het is niet bekend hoe deze wijziging tot stand is gekomen, omdat het niet is gedocumenteerd. Voor een aantal locaties (t.w. Eilanddijk en Oud Breskens) zijn de dijkoriëntaties uit RAND2001 en KustDB2006 vergeleken met de werkelijke dijk- oriëntaties. Het blijkt dat de dijkoriëntaties in KustDB2006 dichter bij de werkelijke oriëntaties te liggen dan die uit RAND2001 en in die zin is de verandering dan ook een verbetering.
3.3 Hydra-K
Met Hydra-K kunnen zeedijken worden getoetst voor verschillende faalmechanismen. Hydra-K berekent probabilistisch de faalkans van een opgegeven dijk (locatie en dijkprofiel) voor bijvoorbeeld golfoverslag of golfoploop. De toetsing is gebaseerd op
meerdimensionale statistiek van wind, golven en (zee)waterstanden.
Tevens kan op basis van een faalkansberekening het illustratiepunt worden berekend (ook wel ontwerppunt of toetspunt genoemd). Het illustratiepunt is een combinatie van hydraulische belastingparameters (waterstand, golfhoogte, -periode en –richting) waarbij net geen falen optreed als de dijk daarop gedimensioneerd is. Als de herhalingstijd gelijk wordt gekozen aan de veiligheidsnorm, dan geeft het
illustratiepunt de hydraulische randvoorwaarden.
In de crashactie en HR2006 is gebruik gemaakt van Hydra-K om het illustratiepunt te bepalen bij gegeven veiligheidsnorm. Voor de Hollandse kust (Den Helder, Petten, Hondsbossche) geldt een
overschrijdingsfrequentie van 1/10.000 jaar en voor Flaauwe werk en de locaties in de Westerschelde is dat 1/4000 jaar.
Met Hydra-K kan ook de bijbehorende maatgevende kruinhoogte worden bepaald. Echter, omdat met Hydra-K alleen een dijkprofiel van 3 dijksegmenten kan worden berekend en in de crashactie de
kruinhoogten zijn berekend met vaak meer dan 3 segmenten, worden ook nu de kruinhoogtes berekend met PC-Overslag. (zie paragraaf 3.4).
. . .
Tabel 3.2
Dijkoriëntaties van de locaties in de Westerschelde
Locatie RAND2001
(crashactie)
KustDB2006 (HR2006)
Verschil (absoluut)
Westkapelle 1 333,4º 336º 2,6º
Westkapelle 2 329,9º 332,2º 2,3º
Eilanddijk 232,4º 205,6º 26,8º
Oud Breskens 336,2º 343º 6,8º
3.3.1. Versies Hydra-K
Ten tijde van de crashactie is gebruik gemaakt van een aangepaste versie van Hydra-K 2.04. Eén van de aanpassingen betreft het toevoegen van nieuwe formules voor golfoploop en –overslag zoals beschreven door de TAW. Het door TAW uitgebrachte rapport beschrijft een procedure om de golfparameters te bepalen (TAW, 2002). Deze wijkt op een aantal punten af van de procedure die aanvankelijk in Hydra-K is geïmplementeerd.
Daarnaast is de piekperiode Tpm als invoerparameter vervangen door de periodemaat Tm-1,0.
De implementatie van de nieuwe oploop- en overslagformules in versie 2.04 is echter vereenvoudigd: de invloed van de berm is verwaarloosd (WL|Delft, 2002). Er kan alleen met enkelvoudige hellingen worden gerekend.
Een andere aanpassing betreft de correctie van de periodemaat Tm-1,0 doordat deze door SWAN structureel wordt onderschat. In versie 2.04 is deze correctie rechtstreeks in Hydra-K geïmplementeerd. In
paragraaf 3.2.5 is beschreven welke correctiefactoren zijn toegepast in de crashactie. In andere versies van Hydra-K (zoals versie 3.0.t en 3.2) zit deze implementatie niet.
Om de randvoorwaarden en kruinhoogten in de crashactie te kunnen reproduceren dient strikt genomen dezelfde versie van Hydra-K te worden gebruikt als destijds in de crashactie (versie 2.04). Deze versie is echter niet meer beschikbaar. Om toch de uitkomsten van de toetsberekeningen van de crashactie zo goed mogelijk te kunnen reproduceren, wordt gebruik gemaakt van Hydra-K 3.0.t. (de test- versie van Hydra-K 3.0), welke door HKV is opgeleverd in juni 2005 (HKV, 2005).
Na versie 2.04 zijn diverse (parallelle) ontwikkelingen geweest, die uiteindelijk zijn geïntegreerd in versie 3.0.t (voor details zie HKV, 2005). Al deze ontwikkelingen hebben uitsluitend betrekking op uitbreidingen van functionaliteiten, zoals buistoten, -oscillaties, lange golven, bepaling diepwater randvoorwaarden, etc. Er zijn nauwelijks veranderingen gepleegd aan bestaande functionaliteiten dan wel aan het rekenhart van Hydra-K. De golfoploop- en golfoverslag formules in de testversie 3.0.t wijken echter af van de meest recente formules van TAW (TAW, 2002). Naar verwachting zullen de verschillen in de uitkomsten met betrekking tot de illustratiepunten tussen versies 2.04 en 3.0.t minimaal zijn. In deze analyse zullen we daarom de versie 3.0.t als vertrekpunt beschouwen.
Voor de berekening van de HR2006testlocaties is gebruik gemaakt van versie 3.2H. Er is een aantal belangrijke veranderingen tussen versie 3.2H en zijn voorgangers. Ten eerste is de nieuwste versie van PC- Overslag gekoppeld aan Hydra-K, zodat de meest recente golfoverslag en golfoploop formuleringen automatisch worden gebruikt voor het bepalen van het illustratiepunt (zie ook paragraaf 3.4 over PC- Overslag) en de invloed van de berm ook wordt meegenomen in de berekening. Ten tweede is de diepwaterstatistiek zodanig aangepast
dat gebruik wordt gemaakt van langere meetreeksen. Ook kan in versie 3.2H de periode als stochast worden meegenomen (zie ook paragraaf 3.3.2). Versie 3.2H zal vanaf nu versie 3.2 genoemd worden.
Eventuele verschillen als gevolg van de veranderde Hydra-K versie kunnen worden veroorzaakt door genoemde veranderingen, maar ook doordat eventuele bugs en andere fouten eruit zijn gehaald. Naar verwachting zijn de verschillen in de hydraulische randvoorwaarden klein.
Voor de berekening van de HR2006 is gebruik gemaakt van versie 3.5.
De verschillen tussen versie 3.2 en 3.5 hebben alleen betrekking op uitbreidingen van functionaliteiten. Het rekenhart van Hydra-K is niet aangepast. Er zijn dan ook geen verschillen in de berekening van de hydraulische randvoorwaarden met beide versies.
3.3.2. Gebruikte instellingen
Er kunnen verschillende instellingen worden gekozen binnen Hydra-K.
Waterstand vrij of waterstand gelijk aan toetspeil
De waterstand wordt als een stochast meegenomen in de
faalkansberekening. Het illustratiepunt kan op twee manieren worden bepaald. Ten eerste, kan het illustratiepunt worden bepaald met als criterium de grootste kansdichtheid op de grenstoestandsfunctie. De tweede optie is dat het illustratiepunt met de grootste kansdichtheid kan worden berekend gegeven dat de waterstand is gelijk aan het toetspeil. In beide gevallen ligt het illustratiepunt op de
grenstoestandsfunctie, derhalve heeft de keuze geen invloed op de afmetingen van de dijk.
Bij de crashactie is gebruik gemaakt van de instelling ‘waterstand vrij’.
In eerste instantie was de voorkeursinstelling in HR2006 ook
‘waterstand vrij’. Echter, de waterstand met optie ‘waterstand vrij’ kan hoger uitkomen dan het toetspeil (zie Figuur 3.4). Ook in de crashactie
. . .
Figuur 3.4
Waterstand in Westerschelde met optie ‘waterstand vrij’en
‘waterstand gelijk aan toetspeil’
Westerschelde met Hydra-K 3.2
4.5 5 5.5 6 6.5 7
1 48 95 142 189 236 283 330 377 424 471 518 565 612 659 706 753 800 847 894 941
waterstand [m+NAP]
ws vrij
ws gelijk aan toetspeil
t s e w t
s o o t
s e w
zuidkant noordkant
bleken waterstanden te zijn berekend met ‘waterstand vrij’ die hoger zijn dan het toetspeil (RWS DWW, 2002b).
Uiteindelijk is in HR2006 gekozen voor instelling ‘waterstand gelijk aan toetspeil’ vanwege pragmatische redenen. Het toetspeil moet tóch opgenomen worden in het Randvoorwaardenboek 2006. Twee verschillende waterstanden in dezelfde tabel kan verwarring geven, en uiteindelijk maakt het geen verschil voor de veiligheid.
Ongunstigste belasting of hoogste waterstand
Bij de instelling ‘hoogste waterstand’ selecteert Hydra-K voor elke stormgebeurtenis de hoogst waargenomen waterstand én
windsnelheid die op hetzelfde moment gemeten is. Bij ‘ongunstigste belasting’ selecteert Hydra-K voor elke stormgebeurtenis dié
combinatie van wind en waterstand die de maximale belasting oplevert.
Bij de crashactie is gebruik gemaakt van de optie ‘ongunstigste belasting’. Bij HR2006 is het illustratiepunt berekend met ‘hoogste waterstand’. De hydraulische condities veranderen nauwelijks bij de verschillende instellingen. Deze stap is daarom niet opgenomen in deze documentatie.
Faalmechanisme
Voor de berekening van het illustratiepunt kunnen verschillende faalmechanismen worden beschouwd. Hier worden alleen de faal- mechanismen in beschouwing genomen die van belang zijn voor de kruinhoogte: golfoverslag en golfoploop.
Bij de crashactie is voor de berekening van de randvoorwaarden gebruik gemaakt van het faalmechanisme golfoploop met een op loopcriterium van 2%. In HR2006 is het illustratiepunt berekend voor zowel golfoverslag als golfoploop. Uit de analyse blijkt dat de hydraulische condities in het illustratiepunt niet of nauwelijks veranderen bij de twee verschillende faalmechanismen. Daarom is in deze analyse alleen de hydraulische conditie opgenomen voor golfoploop.
Merk op dat bovenstaande alléén geldt voor de illustratiepunt- berekening met Hydra-K. De kruinhoogte is berekend met behulp van PC-Overslag met faalmechanisme golfoverslag. (3.4.3).
Periode als stochast of periode zonder stochast
In versie Hydra-K 3.2 is het mogelijk de offshore periodemaat als stochast mee te nemen. In eerdere versies werd aangenomen dat de periodemaat in feite volledig bepaald wordt door de windsnelheid.
Uit de metingen blijkt echter dat bij een gegeven windsnelheid nog een natuurlijke variatie in de periodemaat bestaat. Deze intrinsieke spreiding blijft nagenoeg onveranderd aan de kust en voor de proba- bilistische berekeningen dient deze dan ook worden meegenomen.
Overigens is de afhankelijkheid met de windsnelheid vrij groot, dus het effect blijft beperkt, maar voor de zuivere probabilistische benadering
van de belasting is deze extra stochast wel noodzakelijk. Bij HR2006 wordt daarom de periodemaat als stochast meegenomen in de illustratiepuntberekening.
3.3.3. Profiel
In Hydra-K 3.2 kunnen 3 dijksegmenten worden ingevoerd. In versie 2.04 werd slechts gerekend met 1 segment: enkelvoudige helling.
In beide gevallen is sprake van een sterke schematisatie van het werkelijke profiel.
De afgegeven illustratiepunten in de crashactie zijn berekend op basis van een dijk met een helling van 1:6 van teen tot kruin. Ook zijn berekeningen gemaakt met dijkhellingen van 1:4 en 1:8. De keuze van het dijkprofiel blijkt geen of nauwelijks effect te hebben op het
illustratiepunt (RWS, 2002b). (Dit geldt natuurlijk niet voor de kruinhoogte!)
Voor de berekening van het illustratiepunt is in alle 8 HR locaties gebruik gemaakt van een vereenvoudigd profiel bij Petten (ook wel Lokaal_1 genoemd in Hydra-K):
• Hoogte teen: 0 m+NAP
• Hoogte berm: 5,13 m+NAP
• Hoogte kruin: 12,75 m+NAP
• Breedte berm: 13 m
• Helling ondertalud: 1:4
• Helling berm: 0
• Helling hoog: 1:3
De gevoeligheid van het dijkprofiel op de randvoorwaarden is
onderzocht. Veranderingen in het dijkprofiel blijken geen of nauwelijks effect te hebben op het illustratiepunt. In deze documentatie is daarom geen aparte stap opgenomen voor de berekening van de hydraulische randvoorwaarden voor elke locatie met het werkelijke profiel.
3.4 PC-Overslag
Het programma PC-Overslag berekent golfoploop en golfoverslag voor een dijkprofiel onder bepaalde hydraulische condities
(waterstanden en golfcondities). De formuleringen staan uitgebreid beschreven in TAW (2002).
PC-Overslag berekent onder andere de hoogte van de 2%-golfoploop en de golfoverslag (in l/s/m). Met betrekking tot de golfoverslag is het mogelijk aan te geven aan welk criterium een bepaalde dijkdoorsnede moet voldoen. Voor zeedijken wordt vaak 1 l/s/m aangehouden.
Aan de hand van dit criterium kan PC-Overslag een berekening maken van de benodigde kruinhoogte om aan het criterium te kunnen
voldoen. Om de exacte kruinhoogte te bepalen moeten de
berekeningen meerdere keren opnieuw worden uitgevoerd, waarbij de kruinhoogte telkens moet worden aangepast totdat het overslagdebiet dat wordt aangegeven in de berekening, overeen komt met het overslagcriterium.
