Toekomstige Veiligheidsopgave Voor Harde Keringen in Het Waddengebied
-
Upload
deltaprogramma -
Category
Documents
-
view
28 -
download
0
description
Transcript of Toekomstige Veiligheidsopgave Voor Harde Keringen in Het Waddengebied
-
Toekomstige
veiligheidsopgave voor harde
keringen in het Waddengebied
-
Toekomstige veiligheidsopgave
voor harde keringen in het
Waddengebied
1206239-000
Deltares, 2013
A.J. Smale
B. Hoonhout
-
DeltaresTitelToekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
OpdrachtgeverDeltaprogrammaWaddengebied
Project1206239-000
Kenmerk Pagina's1206239-000-ZKS-0009 39
TrefwoordenDeltaprogramma, Waddengebied, Veiligheidsopgave, Hydra-K, Randvoorwaarden
SamenvattingIn 2008 is door de commissie Veerman een advies geschreven ten aanzien van het in kaartbrengen van de lange termijn waterveiligheid en zoetwatervoorziening, wat geleid heeft tothet Nationaal Waterplan. Ten behoeve van het in kaart brengen van de lange termijnwaterveiligheid en zoetwatervoorziening en het genereren van mitigerende maatregelen, iseen tweede Deltaprogramma opgestart onder leiding van de Deltacommissaris. Eenonderdeel van het Deltaprogramma is het deelprogramma Waddengebied.
In het kader van het Deltaprogramma Waddengebied is in voorliggend rapport detoekomstige veiligheidsopgave in beeld gebracht. Hiervoor is allereerst een overzichtgegenereerd van mogelijke (klimaat-)scenario's voor verschillende zichtjaren (2050 en 2100).Voor 14 van deze scenario's is vervolgens de verandering in benodigde kruinhoogte en/ofsterkte van de bekledingen (gedefinieerd als de toekomstige veiligheidsopgave) bepaald. .
De resultaten van de berekeningen laten zien dat de extra benodigde kruinhoogte voor dedijken opgebouwd is uit een deel zeespiegelstijging en een deel toename van de golfconditiesals gevolg van de zeespiegelstijging (of toename van de waterdiepte). De extra benodigdekruinhoogte varieert ruimtelijk. Dijkvakken gelegen achter zeegaten, dus gedomineerd doorgolfaanval, zijn gevoeliger voor een toename van de zeespiegel, terwijl beschutte locatiesminder gevoelig zijn. Voor bekledingen geldt een vergelijkbaar beeld.
Doorvertaling van de extra benodigde kruinhoogte naar kosten, op basis van kostenfunctiesvan WV21, laat zien dat sprake is van significante kosten (als gevolg van de extra benodigdekruinhoogte) als gevolg van zeespiegelstijging. Indien rekening wordt gehouden met deaanwezigheid van overhoogte nemen de kosten significant af: de aanwezige overhoogte lijktop dit moment dusdanig groot te zijn dat hiermee een groot deel van de extra benodigdekruinhoogte kan worden opgevangen.
ReferentiesBO-11-015-012 Deltaprogramma Waddengebied
4 dec.. 2013 A.J. Smale J. GroeneweVersie Datum Auteur Paraaf Review
B. Hoonhout
Statusdefinitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
i
Inhoud
1 Inleiding 1 1.1 Algemeen 1 1.2 Probleemstelling 1 1.3 Definitie toekomstige veiligheidsopgave en gemaakte keuzes 2 1.4 Leeswijzer 3
2 Aanpak 5 2.1 Inleiding 5 2.2 Berekeningswijze extra benodigde kruinhoogte/bekledingsterkte 5
2.2.1 Hydra-K 5 2.2.2 Toetspeilcorrectie 9 2.2.3 Zeespiegelstijging 10 2.2.4 Windstatistiek 10 2.2.5 Bodemgeometrie en topografie 10
2.3 Beschouwde (klimaat)scenarios 11 2.4 Berekeningswijze kosten versterkingsmaatregelen 13
2.4.1 Inleiding 13 2.4.2 Kostenfuncties per dijkvak 13 2.4.3 Berekening totale kosten per scenario 15
3 Toekomstige veiligheidsopgave 16 3.1 Algemene toelichting resultaten 16
3.1.1 Kaartbeelden 16 3.1.2 Histogrammen 16 3.1.3 Toelichting gebruik Google Earth presentatie 17
3.2 Klimaatscenarios 17 3.2.1 Zeespiegelstijging 0,15 meter 17 3.2.2 Zeespiegelstijging 0,35 meter 21 3.2.3 Zeespiegelstijging 0,60 meter 23 3.2.4 Zeespiegelstijging 0,85 meter 24
3.3 Gevoeligheidsanalyses windklimaat 26 3.3.1 Toename windsnelheid met 5% en 10% 26 3.3.2 Verandering windrichting met 10 en 20 28
3.4 Autonome ontwikkeling en menselijke ingrepen 28 3.4.1 Relatieve zeespiegelstijging 1,10 meter en 1,35 meter 28 3.4.2 Zeespiegelstijging gecombineerd met toename golfcondities 30 3.4.3 Zeespiegelstijging met daling kruinhoogte 32
4 Kosten dijkversterkingen toekomstige veiligheidsopgave 33 4.1 Alle dijken nu exact op orde (geen overhoogte) 33 4.2 Rekening houdend met aanwezige overhoogte 34 4.3 Kosten dijkversterkingen voor zichtjaren 2050 en 2100 (Deltascenarios) 35 4.4 Onzekerheden in de kostenschattingen 35
5 Conclusies en aanbevelingen 37
6 Referenties 39
-
ii
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
Bijlage(n)
A Memo Rekenen met zeespiegelstijging met Hydra-K voor de Waddenzee A-1
B Memo Rekenen met toekomstige veranderingen in de Waddenzee in Hydra-K B-1
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1 van 39
1 Inleiding
1.1 Algemeen
In 2008 is door de commissie Veerman een advies geschreven ten aanzien van het in kaart
brengen van de lange termijn waterveiligheid en zoetwatervoorziening, wat geleid heeft tot
het Nationaal Waterplan. Ten behoeve van het in kaart brengen van de lange termijn
waterveiligheid en zoetwatervoorziening en het genereren van mitigerende maatregelen, is
een tweede Deltaprogramma opgestart onder leiding van de Deltacommissaris. Een
onderdeel van het Deltaprogramma is het deelprogramma Waddengebied.
Binnen het deelprogramma Waddengebied zijn een drietal onderzoeksclusters gedefinieerd:
(i) veiligheidsopgave, (ii) veiligheidsstrategien, en (iii) monitoring en systeemkennis. Het
onderzoekscluster veiligheidsopgave kent vervolgens een aantal onderzoeken, waaronder de
huidige en toekomstige veiligheidsopgave.
Dit rapport heeft betrekking op de bepaling van de toekomstige veiligheidsopgave van het
Waddengebied ten gevolge van klimaatveranderingen. Dit memo is een vervolg op de
bepaling van de huidige veiligheidsopgave zoals gepresenteerd in Deltares (2012a).
1.2 Probleemstelling
Het Deltaprogramma Waddengebied wil graag inzicht in de toekomstige veiligheidsopgave.
De veiligheidsopgave is het tekort aan sterkte van de waterkeringen in het Waddengebied dat
mogelijk in de toekomst ontstaat ten gevolge van onder andere klimaatveranderingen. De
veiligheidsopgave kan bijvoorbeeld uitgedrukt worden in termen van toekomstig tekort aan
kruinhoogte en/of dikte van de steenbekleding. Het inzicht in de toekomstige
veiligheidsopgave wordt gebruikt voor het vormgeven van strategien die het tekort aan
sterkte moeten oplossen.
De toekomstige veiligheidsopgave is onder meer afhankelijk van toekomstige veranderingen
in het Waddengebied. Voorziene veranderingen voor dit gebied zijn:
Zeespiegelstijging (Deltascenarios)
Veranderingen in windklimaat (gevoeligheidsanalyse)
Lokale veranderingen in bodemgeometrie en topografie (bodemdaling, menselijke
ingrepen, etc.)
Voor de bepaling van de toekomstige veiligheidsopgave is een methode nodig die de
toekomstige veranderingen kan vertalen naar veranderingen in hydraulische belastingen op
de primaire keringen. De veranderingen in de hydraulische belastingen geven vervolgens
inzicht in de toekomstige veiligheidsopgave. De definitie van de toekomstige
veiligheidsopgave wordt toegelicht in de volgende paragraaf.
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
2 van 39
1.3 Definitie toekomstige veiligheidsopgave en gemaakte keuzes
In het kader van het Deltaprogramma wordt de toekomstige veiligheidsopgave gedefinieerd
als de extra benodigde kruinhoogte en extra benodigde dikte van bekledingen als gevolg van
zeespiegelstijging, windklimaatveranderingen, autonome ontwikkelingen en menselijke
ingrepen. Merk op dat de gehanteerde klimaatscenarios geen directe link hebben met de Deltascenarios. De link tussen klimaatscenarios en Deltascenarios wordt gemaakt bij de bepaling van de kosten. De extra benodigde kruinhoogte en/of dikte van bekledingen is
gedefinieerd als het verschil tussen de benodigde kruinhoogte zonder enige
klimaatverandering (de referentie) en de benodigde kruinhoogte met inachtneming van een
klimaatverandering.
De definitie van de veiligheidsopgave wordt in sterke mate bepaald door keuzes gemaakt in
het toepassen van het gehanteerde modelinstrumentarium voor de bepaling van de
toekomstige veiligheidsopgave. Voor de bepaling van de extra benodigde kruinhoogte en/of
dikte van bekledingen is gebruik gemaakt van een aangepaste versie van het probabilistische
toetsinstrument Hydra-K. De werking van Hydra-K en de doorgevoerde aanpassingen worden
beschreven in paragraaf 2.1.2. Voor de definitie van de toekomstige veiligheidsopgave is het
echter relevant om voorafgaand aan te geven welke aannames/keuzes gemaakt zijn bij de
bepaling van de toekomstige veiligheidsopgave. Deze keuzes worden onderstaand
toegelicht:
Kruinhoogte
Voor de bepaling van de toekomstige veiligheidsopgave uitgedrukt in additioneel
benodigde kruinhoogte wordt gebruik gemaakt van een overslagberekening. Deze
berekening hanteert voor iedere locatie hetzelfde profiel van de dijk (standaardprofiel uit
Hydra-K). Per locatie verschilt de orintatie van deze doorsnede ten opzichte van het
noorden, zodat het effect van schuin invallende golven wordt meegenomen. Verder wordt
een kritisch overslagdebiet van 1 l/s/m gehanteerd. Het feit dat enkele van deze keuzes
mogelijk afbreuk doen aan de werkelijkheid wordt gecompenseerd door het bepalen van
het verschil tussen de benodigde kruinhoogte zonder enige klimaatverandering (de
referentie) en de benodigde kruinhoogte met inachtneming van een klimaatverandering.
Dit verschil is de gehanteerde toekomstige veiligheidsopgave (voor kruinhoogte).
Eventuele verschillen met de werkelijke toekomstige veiligheidsopgave zijn van tweede
orde ten opzichte van de hier gehanteerde toekomstige veiligheidsopgave.
Bekleding
Voor bekleding geldt feitelijk een vergelijkbaar concept: allereerst wordt de benodigde
dikte van de bekleding bepaalt op basis van de referentiesituatie, waarna het verschil
bepaald wordt met de benodigde dikte in geval van klimaatverandering. Dit concept werkt
goed voor bekledingstype blokken, voor gras en asfalt moet echter een licht afwijkende
werkwijze worden gevolgd.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
3 van 39
Voor asfalt geldt namelijk een zeer complexe definitie van de benodigde dikte. Om
praktische redenen is daarom voor asfalt gebruik gemaakt van een sterk vereenvoudigde
formulering voor de benodigde laagdikte voor asfalt zoals ook gehanteerd in Deltares
(2011c).Voor bekledingstype gras geldt dat hier (uiteraard) geen dikte voor kan wordt
bepaald. Het faalmechanisme is immers gebaseerd op verschillende klasses van
graskwaliteit en controleert of de aanwezige graskwaliteit voldoende is voor de
betreffende belasting. Op basis van het VTV 2006 is dan ook een relatie tussen belasting
en benodigde kwaliteit van de grasmat bepaald. De veiligheidsopgave is dan vervolgens
gedefinieerd als een verandering van de benodigde kwaliteitsklasse van de grasbekleding
(verschil tussen referentiesituatie en situatie met klimaatverandering).
1.4 Leeswijzer
In hoofdstuk 2 wordt de aanpak van de bepaling van de toekomstige veiligheidsopgave
beschreven. In hoofdstuk 3 worden de resultaten van de berekeningen gepresenteerd. Deze
resultaten worden in Hoofdstuk 4 omgezet naar kosten. Het rapport sluit af met conclusies en
aanbevelingen in Hoofdstuk 5.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
5 van 39
2 Aanpak
2.1 Inleiding
De berekeningswijze is reeds beschreven in Deltares (2012b), Deltares (2012c) en Deltares
(2012d). Het eerste memo beschrijft een inventarisatie van de mogelijke toekomstige
veranderingen in het Waddengebied (Deltares, 2012b). Het tweede memo beschrijft een
inventarisatie van de mogelijkheden van Hydra-K (Deltares, 2012c) met betrekking tot
toekomstige veranderingen. In Deltares (2012d) worden de beide memos gecombineerd, waardoor duidelijk wordt hoe specifieke (klimaat)scenarios doorgerekend kunnen worden.
In de volgende paragrafen worden de werking van Hydra-K en de belangrijkste
uitgangspunten en aannames nader toegelicht.
2.2 Berekeningswijze extra benodigde kruinhoogte/bekledingsterkte
2.2.1 Hydra-K
Het probabilistische model Hydra-K berekent de kans op falen van waterkeringen langs de
Nederlandse kust. Er zijn verschillende mechanismen die het bezwijken van keringen kunnen
veroorzaken, zoals golfoploop/overslag, instabiliteit van de dijkbekleding of instabiliteit van
het dijklichaam. Voor de meeste van deze faalmechanismen is in Hydra-K een
betrouwbaarheidsfunctie Z gemplementeerd die de sterkte van de kering vergelijkt met de
hydraulische belasting. De belasting is een functie van de belastingvariabelen en als Z
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
6 van 39
Figuur 2.1 Illustratie kansverdeling wind en waterstand
2 De tweedimensionale kansverdeling gepresenteerd in Figuur 2.1 kan worden vertaald
naar een twee-dimensionale verdeling geldig voor een locatie aan de teen van een dijk:
een gegeven combinatie van offshore windsnelheid en waterstand leidt tot een
combinatie van nearshore windsnelheid en waterstand. Figuur 2.1 wordt dan
getransformeerd naar Figuur 2.2 (ze lijken op het oog exact gelijk, maar hebben
verschillende variabelen op de x-as staan). Opgemerkt wordt dat hierbij wordt uitgegaan
van de piekwaterstand binnen een storm. Het stormverloop en faseverschuiving tussen
windsnelheid en waterstand worden buiten beschouwing gelaten.
Figuur 2.2 Illustratie kansverdeling windsnelheid en nearshore waterstand
3 Vervolgens kan de windsnelheid en nearshore waterstand (per windrichting) worden
vertaald naar nearshore golfhoogte, -periode en richting. Dit leidt dan tot een vertaling van Figuur 2.1 en Figuur 2.2 naar Figuur 2.3. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een
opzoektabel waarin de voor gegeven windsnelheid, windrichting en waterstand de
bijbehorende nearshore golfcondities (golfhoogte, -periode en richting) opgenomen zijn. Door de vertaling van windsnelheid naar golfhoogte en golfperiode wordt nog een
extra variabele gentroduceerd, waardoor er feitelijk sprake is van een
meerdimensionale verdeling. Omwille van dit voorbeeld worden hier echter enkele
tweedimensionale afbeeldingen gepresenteerd. Ook hier gaat het om de condities
behorende bij de piekwaterstand binnen de storm.
Win
dsn
elh
eid
Offshore waterstand
Win
dsn
elh
eid
Nearshore waterstand
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
7 van 39
Figuur 2.3 Illustratie kansverdelingen a) nearshore waterstand en golfhoogte, b) nearshore waterstand en
golfperiode
4 Als nu gekeken wordt naar een belastinggeval, hier wordt golfoverslag als voorbeeld
genomen, dan kunnen in Figuur 2.3 lijnen (faalgrenzen) worden getrokken van gelijke
belasting (lees golfoverslag). Figuur 2.4 geeft een voorbeeld weer van een isolijn
waarvoor geldt dat er sprake is van 1 l/s/m overslag (met op de achtergrond nog steeds
de kansverdeling van waterstand en golfhoogte). Het gebied rechtsboven de faalgrens
is het faalgebied: Z
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
8 van 39
Figuur 2.5 Illustratie bepaling illustratiepunt op faalgrens
In de beschrijving hierboven is uitgegaan van een geparametriseerde tweedimensionale
kansverdeling voor wind en waterstand. In Hydra-K wordt echter gewerkt met simultane
waarnemingen van waterstanden, windsnelheden en windrichtingen van een groot aantal
stormen. De isolijnen in de kansdichtheidsplots van Figuur 2.1 tot en met Figuur 2.5 worden
daarmee vervangen door observaties. Deze observaties vallen echter niet in het extreme
bereik. Ze zijn namelijk gemeten in een periode van minder dan 30 jaar. Om dat te illustreren
zijn ze weergegeven in de linkeronderhoek van Figuur 2.6.
Figuur 2.6 Illustratie van geobserveerde en opgeschaalde stormen
Om de observaties te kunnen gebruiken voor de probabilistische berekening worden de
observaties opgeschaald in intensiteit conform de methode de Haan (hogere windsnelheden en bijbehorende waterstanden) en krijgen dan een kleinere kans van voorkomen. Hierdoor
worden kunstmatige observaties verkregen welke rondom de verwachte faalgrens zullen
liggen. Deze opschaling gaat onder behoud van de geobserveerde correlaties tussen
windsnelheid, windrichting en waterstand. Dit behoud van correlatie geldt overigens alleen in
een wiskundig getransformeerde ruimte, de correlatie tussen werkelijke waterstanden en
windsnelheden kan wel enigszins veranderen. Opgemerkt wordt dat de schaling afhankelijk is
van de gehanteerde overschrijdingsfrequentie.
Go
lfh
oo
gte
waterstand
Z=0 Z>0,
niet falen
Z
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
9 van 39
In plaats van het nemen van de integraal voor het bepalen van de faalkans, kan nu
eenvoudig het aantal opgeschaalde stormen worden geteld in het faalgebied (Z
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
10 van 39
Figuur 2.7 De twee door Hydra-K berekende illustratiepunten. Illustratiepunt 1 is berekend met vrij te kiezen
waterstand. Illustratiepunt 2 is gebaseerd op bestaande toetspeilen.
2.2.3 Zeespiegelstijging
In Hydra-K kan een uniforme zeespiegelstijging worden opgegeven. Als gevolg van de
toetspeilcorrectie komt het effect van de op te leggen zeespiegelstijging per definitie niet tot
uiting in de door Hydra-K uitgerekende waterstand. Om het effect van zeespiegelstijging op
een realistische manier te kunnen onderzoeken zal of de toetspeilcorrectie uitgezet moeten
worden of de toetspeilen aangepast. De wijze waarop de toetspeilcorrectie is uitgezet en de
controle op de juiste werking van Hydra-K na de-activatie van de toetspeilcorrectie is
beschreven in Deltares (2012c en d), welke als bijlage zijn opgenomen in deze rapportage.
2.2.4 Windstatistiek
Windsnelheid is een variabele die invoer is voor Hydra-K. De windsnelheid wordt ingevoerd in
termen van overschrijdingsfrequentielijnen voor verschillende richtingssectoren. Deze
gegevens zijn voor een aantal meetlocaties bekend in Hydra-K. Voor het Waddengebied is
alleen de meetlocatie Terschelling-West relevant.
2.2.5 Bodemgeometrie en topografie
De bodemgeometrie van de Waddenzee is geen onderdeel van Hydra-K, maar is impliciet
opgenomen in de SWAN productieberekeningen die Hydra-K gebruikt. Voor een groot aantal
combinaties van windsnelheid, windrichting en waterstand zijn SWAN berekeningen gemaakt.
Hydra-K gebruikt interpolatie tussen de resultaten van deze berekeningen voor het bepalen
van de hydraulische condities aan de teen van de dijk. De dijk zelf is beschreven door middel
van een dwarsprofiel. Alle dwarsprofielen samen vormen de topografische invoer voor
Hydra-K.
Via de dwarsprofielen kan de topografie in Hydra-K relatief eenvoudig aangepast worden.
Door het gebruik van de SWAN productieberekeningen geldt dat niet voor de
bodemgeometrie. Voor het bepalen van de veiligheidsopgave zijn echter slechts de effecten
van de verandering in de bodemgeometrie op de hydraulische randvoorwaarden van belang.
Deze effecten kunnen wel meegenomen worden in een berekening met Hydra-K.
faalgrensw
indsnelh
eid
waterstand
illustratiepunt 1
illustratiepunt 2
toets
peil
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
11 van 39
2.3 Beschouwde (klimaat)scenarios
In Deltares (2012b) is een overzicht gepresenteerd van de mogelijke toekomstige (klimaat)
scenarios voor het Waddengebied. Hierin zijn meegenomen (i) de Deltascenarios, zie Deltares (2011a), (ii) windklimaatscenarios (als gevoeligheidsanalyse) en (iii) autonome ontwikkelingen en toekomstige menselijke ingrepen. In Deltares (2012e) is een selectie
gemaakt van door te rekenen scenarios in het kader van de verkenning van de toekomstige veiligheidsopgave voor het Waddengebied. De selectie is dusdanig dat met een beperkt
aantal berekeningen de hoekpunten van de toekomstige veiligheidsopgave in beeld gebracht
kunnen worden. De scenarios zijn samengevat in Tabel 2.1. De toekomstige veiligheidsopgave zoals gepresenteerd in dit rapport is gebaseerd op de scenarios zoals gepresenteerd in deze tabel. Merk op dat het gehanteerde referentiejaar 2017 is, volgend uit
het referentiejaar voor Hydra-K 3.6.5: er bestaat geen direct verband tussen de
doorgerekende klimaatscenarios en de Deltascenarios. In paragraaf 4.3 wordt een vertaling gemaakt naar de Deltascenarios, waarbij de kosten voor de specifieke zichtjaren 2050 en 2100 (met 0,15; 0,35 en 0,85 meter zeespiegelstijging ten opzichte van 1990, respectievelijk
0,08; 0,28 en 0,78 meter zeespiegelstijging ten opzichte van 2017) zijn bepaald.
Categorie Nr
Wate
rsta
nd
Golfh
oogte
1
(Hm
0)
Golfp
erio
de
1
(Tm
-1,0)
Win
d-
richtin
g2
Win
d-
snelh
eid
Kru
inho
ogte
3
[m] [%] [%] [] [%] [m]
Referentie (2017) 0.00 0 0 0 0 0
Klim
aats
cenari
os
1 0.15
2 0.35
3 0.60
4 0.85
5 0.35 10
6 0.85 20
7 0.35 5
8 0.85 10
Auto
no
me
ontw
ikkelin
g4 9 1.10
10 1.35
11 0.35 10 10
12 0.85 20 50
13 0.35 -0.15
14 0.85 -0.30
Tabel 2.1 Scenarios doorgerekend met behulp van het flexibel rekeninstrument ten behoeve van de bepaling van
de toekomstige veiligheidsopgave
1 Met een toename van de golfhoogte/golfperiode wordt hier een toename van de offshore golfcondities bedoeld. De
invloed van deze toename op de golfcondities aan de teen van de dijk wordt vervolgens met behulp van Hydra-K in
beeld gebracht. De invloed van zeespiegelstijging op de golfcondities aan de teen van de dijk wordt door Hydra-K
bepaald. 2 Het betreft hier een verandering van de dominantie windrichting (meer zuidelijke richting), zie ook Deltares (2012b) 3 De verlaging van de kruinhoogte kan het gevolg zijn van zetting/klink, maar ook als gevolg van bodemdaling door
gaswinning. Voor een overzicht van de ontwikkelingen welke een kruinhoogteverlaging tot gevolg hebben wordt
verwezen naar Deltares (2012b). 4 De hier gehanteerde autonome ontwikkelingen zijn niet gelijk aan de autonome ontwikkelingen zoals beschreven in de
Deltascenarios
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
12 van 39
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
13 van 39
2.4 Berekeningswijze kosten versterkingsmaatregelen
2.4.1 Inleiding
Voor de bepaling van de kosten geassocieerd met de benodigde dijkversterkingen voor de
verschillende scenarios wordt gebruik gemaakt van de systematiek ontwikkeld in het kader van het Deltaprogramma. De in het kader van het Deltaprogramma ontwikkelde systematiek
is beschreven in Deltares (2011b) en wordt in de volgende paragraaf beknopt toegelicht.
Vervolgens wordt in de laatste paragraaf van dit hoofdstuk de berekening van de totale
kosten per scenario toegelicht.
2.4.2 Kostenfuncties per dijkvak
In Deltares (2011b) zijn per dijkvak (WV21-indeling) kostenfuncties afgeleid. Deze
kostenfuncties gaan uit van een extra benodigde kruinhoogte en resulteren, in combinatie
met dijkvak specifieke cofficinten, in een bedrag benodigd voor het uitvoeren van de
versterkingsmaatregel. Dit bedrag is gebaseerd op prijspeil 2009.
Bij de totstandkoming van de kostenfuncties (dijkvak specifieke cofficinten) is rekening
gehouden met een aantal belangrijke kenmerken zoals: aard en afmetingen van de kering,
hydraulische belasting in relatie tot faalmechanismen en omgevingskenmerken (bijvoorbeeld
de bebouwingsituatie en de aanwezigheid van bestaande infrastructuur).
Voor wat betreft de bepaling van de kosten van maatregelen voor dijken is onderscheid
gemaakt tussen maatregelen voor de dijkversterking zelf (verhoging en verzwaring van het
dijklichaam) en maatregelen die betrekking hebben op de bekleding van het buitentalud. Voor
de dijkversterking zijn zowel grond- als constructieve maatregelen aan de orde.
Bij de bepaling van benodigde maatregelen voor de aanpassing van keringen is rekening
gehouden met verschillende faalmechanismen. Dit zijn de kritische factoren die van
toepassing zijn voor het falen van de kering. De beschouwde faalmechanismen zijn:
De kerende hoogte van de kering in relatie tot het mechanisme overloop/overslag (aan te
duiden als KH) Het optreden van opbarsten/piping als gevolg van het optredend verval in waterstand
over de kering en/of beperkingen in de beschikbare kwelweglengte (aan te duiden als
OP) De macrostabiliteit (standzekerheid) van de kering met name door het mogelijke
afschuiven van (delen van) het binnentalud (aan te duiden als MS) De sterkte en stabiliteit van de bekleding van het buitentalud (aan te duiden als BB)
Overige faalmechanismen worden als minder dominant beschouwd, of spelen slechts zeer
lokaal een rol. De veronderstelling is dat meenemen van deze faalmechanismen niet tot
significant extra kosten zouden leiden in de raming.
Door voor ieder dijkvak de benodigde maatregelen als functie van de toename van de
hydraulische belasting (en dus bijvoorbeeld benodigde kruinhoogte) te bepalen en deze
vervolgens te ramen kan een afbeelding gegenereerd worden zoals weergegeven in Figuur
2.8.
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
14 van 39
Figuur 2.8 Voorbeeld trajectkostenfunctie traject 8-1-3, kosten (in MEUR excl. BTW) als functie van toename
benodigde kruinhoogte dh
De exponentile functie waarmee de kostenfunctie is vormgegeven, is in Deltares (2011b) als
volgt gedefinieerd (rode lijn in Figuur 2.8):
( )( , ) ( ) u WI u W C b u e
waarin: I investeringskosten [M exclusief BTW] u dijkverhoging [cm]
W som van eerdere dijkverhogingen [cm]
C vaste kosten van investeringen uitgaande van de actuele dijkhoogte [M] b variabele kosten van de investeringen uitgaande van de actuele dijkhoogte
[M/cm] schaalparameter van dijkverhogingen [1/cm]
De in het kader van Deltares (2011b) afgeleide cofficinten en in deze studie gehanteerde
cofficinten voor de exponentiele functie zijn opgenomen in Appendix G van Deltares
(2011b).
De bovenstaande exponentile functie met geassocieerde cofficinten per dijkvak wordt
vervolgens gebruikt om de extra benodigde kruinhoogte om te zetten naar kosten. Voor een
gedetailleerde toelichting op de afleiding van de kostenfuncties wordt verwezen naar Deltares
(2011b).
0 50 100 150 200 250 3000
20
40
60
80
100
120
140
160
dh [cm]
koste
n [
M (
ex.
BT
W)]
Totale investeringskosten traject 8-1-3
Exponentieel:
C: 13.93 M
b: 0.3486 M/cm
: 0.00095
Kwadratisch:
C: 13.14 M
b: 0.3769 M/cm
a: 0.00031 M/cm2
Kostenramingen niet gebruikt in fit
Discrete kostenramingen
Kwadratische kostencurve
Exponentile kostencurve
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
15 van 39
2.4.3 Berekening totale kosten per scenario
De totale kosten per scenario worden bepaald door per locatie de extra benodigde
kruinhoogte te bepalen. Deze extra benodigde kruinhoogte wordt vervolgens gemiddeld over
het gehele dijkvak (er zitten meerdere locaties in n dijkvak). Deze gemiddelde extra
benodigde kruinhoogte dient als input voor de kostenfunctie. Vervolgens worden de kosten
van alle dijkvakken in het Waddengebied gesommeerd om te komen tot een kostenoverzicht
per scenario.
Bij de kostenbepaling worden twee berekeningen uitgevoerd: (i) de dijken zijn allemaal exact
op sterkte en iedere centimeter zeespiegelstijging leidt tot een toename van de benodigde
kruinhoogte en dus versterking en (ii) er is overhoogte aanwezig in de dijken waardoor een
toename van het belastingniveau niet noodzakelijkerwijs leidt tot een
dijkversterkingsmaatregel.
Voor de eerste berekening wordt eenvoudig het belastingniveau voor de toekomstige situatie
bepaald en verminderd met het huidige belastingniveau. Deze resulterende netto verandering
van het belastingniveau geldt dan als extra benodigde kruinhoogte (u in de exponentiele vergelijking). Verder wordt dan aangenomen dat er nog geen eerder dijkverhogingen hebben
plaatsgevonden.
Voor de tweede berekening wordt de uit de eerste berekening volgende extra benodigde
kruinhoogte verminderd met de reeds aanwezige overhoogte (zoals beschikbaar in WV21).
Dit leidt in geval van overhoogte tot een kleinere ingreep en dus een lagere waarde van u in de exponentile verdeling. Om rekening te houden met het feit dat de omvang (volume van
de dijk groter is dan noodzakelijk dient voor W de overhoogte te worden gehanteerd.
Opgemerkt wordt dat de kostenberekening gedaan wordt op basis van extra benodigde
kruinhoogte en niet op basis van extra benodigde sterkte van de bekleding. Dit is een valide
aanpak vanwege het feit dat de verandering van de extra benodigde sterkte van de bekleding
sterk gerelateerd is aan de extra benodigde kruinhoogte. In geval van hogere waterstanden
dient de bovenzijde van de bekledingslaag tot een grotere hoogte te worden opgetrokken en
wel met dezelfde hoogte als de kruinhoogteverhoging.
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
16 van 39
3 Toekomstige veiligheidsopgave
3.1 Algemene toelichting resultaten
3.1.1 Kaartbeelden
De resultaten van de berekeningen van de toekomstige veiligheidsopgave beslaan een groot
aantal locaties, faalmechanismen en scenarios. Teneinde deze informatie overzichtelijk te kunnen presenteren zijn er twee typen afbeeldingen opgesteld. De eerste presentatiewijze
van de resultaten betreft ruimtelijke kaarten per faalmechanisme en per scenario. Hierin is in
een kaart weergegeven wat de toekomstige veiligheidsopgave is.
Het betreft hierbij altijd het verschil tussen de referentiesituatie (benodigde kruinhoogte
zonder klimaatverandering) en het beschouwde scenario voor het betreffende
faalmechanisme. Merk op dat voor deze aanpak is aangenomen dat voor alle locaties alle
faalmechanismen gelden. Dit betekent dat hoewel een dijk wellicht geen asfaltbekleding
heeft, deze wel doorgerekend en gepresenteerd met een asfaltbekleding. De informatie
beschikbaar voor deze studie maakt het niet mogelijk om dergelijke variaties in
dijkbekledingen mee te nemen in de presentie.
Voor het faalmechanisme overslag geldt dat de extra benodigde kruinhoogte wordt
gepresenteerd. Voor asfalt en betonblokken wordt de benodigde extra dikte van de bekleding
gepresenteerd, voor grasbekleding de verwachtte verandering van de benodigde
kwaliteitsklasse van het gras. In aanvulling hierop wordt voor betonblokken ook de relatieve
toename van de benodigde steenbekleding gepresenteerd.
Na een eerste inspectie en discussie aangaande de resulterende toekomstige
veiligheidsopgave is door DP Waddengebied aangegeven dat het wenselijk is om de
berekende extra benodigde kruinhoogte te vergelijken met de geassocieerde
zeespiegelstijging. Een dergelijke vergelijking geeft aan op welke locaties de invloed van de
zeespiegelstijging op de golfcondities groot is en daarmee leidt tot een extra bijdrage aan de
extra benodigde kruinhoogte.
Specifiek voor de gevoeligheidsanalyses aangaande windklimaatveranderingen is eveneens
een additionele plot gemaakt waarbij het effect van enkel de windklimaatveranderingen in
beeld is gebracht. In deze gevallen is het verschil gepresenteerd tussen de betreffende
gevoeligheidsberekening (met zowel windklimaatverandering als zeespiegelstijging) en de
geassocieerde berekening met enkel zeespiegelstijging (maar inclusief het effect van
zeespiegelstijging op de golfcondities).
3.1.2 Histogrammen
Naast de weergave van de toekomstige veiligheidsopgave in de vorm van kaartbeelden is de
toekomstige veiligheidsopgave ook gepresenteerd in de vorm van histogrammen. Deze
histogrammen presenteren het aantal kilometers met een specifieke toename van de
benodigde kruinhoogte voor het hele Waddengebied en individuele dijksecties. In deze plots
is eveneens de gehanteerde zeespiegelstijging gepresenteerd zodat inzichtelijk wordt welke
bijdrage aan de toekomstige veiligheidsopgave rechtstreeks volgt uit de zeespiegelstijging en
welk deel volgt uit afgeleiden van de zeespiegelstijging (zoals golfcondities). Vergelijkbare
afbeeldingen zijn beschikbaar voor de faalmechanismen gerelateerd aan bekledingen, zoals
ook voor de kaartbeelden is gedaan (zie paragraaf 3.1.1).
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
17 van 39
3.1.3 Toelichting gebruik Google Earth presentatie
De in de voorgaande sectie beschreven kaartbeelden en histogrammen zijn samengevoegd
in een zogenaamde KMZ-file voor Google Earth. Met behulp van dit bestand kan interactief
door de resultaten worden gebladerd. Hiervoor moet Google Earth (of de ArcGIS equivalent)
worden gebruikt. Lees vervolgens de meegeleverde KMZ-file in door de volgende
handelingen uit te voeren: Open Google Earth-> Bestand-> Openen... -> Kies meegeleverde
KMZ_file.
Na het inladen van de betreffende gegevens kan geklikt worden op de + naast het label Veiligheidsopgave Waddengebied. Door te klikken op de + van de verschillende scenarios welke nu zijn verschenen kan uiteindelijk Figuur 3.1 worden verkregen. Door bijvoorbeeld
kruinhoogte ten opzichte van referentiesituatie aan te vinken wordt de kaart met de resultaten voor klimaatscenario 0,15 meter zeespiegelstijging geactiveerd. Een klik op de blauwe tekst kruinhoogte ten opzichte van referentiesituatie resulteert in een separaat scherm waarin de histogrammen van betreffende scenario worden gepresenteerd, zowel voor
het hele Waddengebied als voor de individuele dijksecties.
Figuur 3.1 Screenshot Google Earth met scenarios
3.2 Klimaatscenarios
3.2.1 Zeespiegelstijging 0,15 meter
Met behulp van de aanpak beschreven in Hoofdstuk 2 is voor het eerste scenario zoals
gepresenteerd in 2.3, Zeespiegelstijging 0,15 meter, bepaald wat de verandering van de
benodigde kruinhoogte zal zijn. Dit zal in veel gevallen in ieder geval 0,15 meter bedragen,
maar op veel locaties zal dit meer zijn vanwege de invloed van een hogere waterstand op de
golfcondities. Daar de kruinhoogte wordt bepaald door zowel de waterstand als de golfhoogte
(via golfoverslag) zal de toename van de benodigde kruinhoogte meer bedragen dan de
zeespiegelstijging alleen.
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
18 van 39
In Figuur 3.2 is weergegeven wat de benodigde extra kruinhoogte zal zijn in geval van een
zeespiegelstijging van 0,15 meter. In de figuur is te zien dat voor de meeste locaties geldt dat
er in de orde van 0,2 meter extra kruinhoogte is. Met name voor de Groningse kust geldt dat
de zeespiegelstijging leidt tot grotere benodigde kruinhoogten (meer gele kleur van de
punten): hier is orde 0,3 meter extra kruinhoogte benodigd.
Figuur 3.2 Toename benodigde kruinhoogte bij zeespiegelstijging van 0,15 meter
De berekende benodigde extra kruinhoogte is eveneens gepresenteerd in een histogram, zie
Figuur 3.3. Hierin is het aantal kilometers dijk met een specifieke toename van de
kruinhoogte af te lezen. De zeespiegelstijging behorende bij dit scenario is weergegeven met
een verticale stippellijn. Uit deze afbeelding is duidelijk af te leiden dat de extra benodigde
kruinhoogte voor 40 kilometer dijk meer bedraagt dan enkel de zeespiegelstijging (> 0.15
meter). Dit wordt, zoals eerder reeds aangegeven, veroorzaakt door de invloed van de
zeespiegelstijging op de golfcondities.
In totaal geldt voor dit scenario dat sprake is van een extra benodigde kruinhoogte van orde
0,2 meter voor circa 250 kilometer dijk in het Waddengebied. Circa 50 kilometer dijk heeft een
extra benodigde kruinhoogte van orde 0,3 meter.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
19 van 39
Figuur 3.3 Histogram toename benodigde kruinhoogte bij zeespiegelstijging van 0,15 meter met de aanname dat
de kruinhoogte nu juist voldoende is (dus zonder rekening te houden met overhoogte)..
Histogrammen zoals Figuur 3.3 zijn beschikbaar voor zowel het hele Waddengebied, als voor
individuele dijkvakken zoals gehanteerd binnen VNK. Voor deze histogrammen wordt
verwezen naar de bij dit rapport behorende Google Earth KMZ-file. In Figuur 3.4 zijn de
dijkvakken van noord Groningen (dijkvakken genaamd dijkvak 6-2-1-1 en 6-2-1-2)
gepresenteerd, waarvoor de toename van de kruinhoogte orde 0,3 meter is.
Figuur 3.4 Histogram dijkvakken 6-2-1-1 en dijkvak 6-2-1-2
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
20 van 39
Zeespiegelstijging heeft niet alleen invloed op de benodigde kruinhoogte, maar ook op de
benodigde sterkte van de bekledingen op de dijk. In het kader van deze studie is gekeken
naar de verandering van de benodigde sterkte van bekledingen. Hierbij is voor ieder dijkvak
gekeken naar de verandering van de benodigde sterkte, aangenomen dat de bekleding
volledig bestaat uit een van de types asfalt, blokken of gras. In werkelijkheid zal de
dijkbekleding bestaan uit een combinatie van een of twee van deze bekledingstypen. Het
vaststellen van de daadwerkelijke bekleding per dijksectie bleek binnen dit project echter niet
mogelijk.
In Figuur 3.5 zijn de histogrammen van de benodigde verandering van de bekleding
gepresenteerd indien sprake is van een zeespiegelstijging van 0,15 meter. Te zien is dat er
voor asfalt geldt dat er geen sprake is van een toename van de benodigde dikte. Dit wordt
veroorzaakt door de gevoeligheid van de asfaltbekleding voor een verandering van de
golfcondities.
Voor het overgrote deel van de dijken geldt dat er nauwelijks sprake is van een verandering
van de benodigde klasse van graskwaliteit. Slechts een beperkt aantal kilometers krijgt te
maken met een strengere eis voor de benodigde graskwaliteit (+1 of +2 klassen), er zijn zelfs
vakken waar sprake is van een versoepeling van de benodigde graskwaliteit. De grootste
veranderingen zijn te zien bij de betonblokken. Dit is conform verwachting omdat de
benodigde dikte van de betonblokken sterk afhangt van de golfcondities: zowel
veranderingen in golfperiode als hoek van golfaanval worden bij betonblokken meegenomen.
Voor orde 40 kilometer waterkering geldt dat (indien alles uitgevoerd zou zijn met
betonblokken) sprake is van een toename van de benodigde dikte van de bekleding met 0,1
meter of meer. Dit komt overeen met een toename van orde 20% of meer zoals te zien is in
de figuur met de relatieve toename van de dikte van de betonblokken.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
21 van 39
Figuur 3.5 Extra benodigde dikte bekleding bij zeespiegelstijging van 0,15 meter: a) asfalt, b) gras, c)
betonblokken (absoluut) en d) betonblokken relatief
Daarnaast kan een zeespiegelstijging effect hebben op de hoogte waarover een specifieke
bekleding toegepast moet worden. Deze verandering van hoogte wordt gelijk verondersteld
aan de toename van de benodigde kruinhoogte. De totale verandering van de benodigde
bekleding bestaat dan ook enerzijds uit een verandering van de benodigde dikte en
anderzijds uit een toename van de hoogte waarover de bekleding toegepast moet worden
(gepresenteerd aan het begin van deze sectie).
3.2.2 Zeespiegelstijging 0,35 meter
Net als voor het scenario gepresenteerd in voorgaande paragraaf is voor het scenario met
een zeespiegelstijging van 0,35 meter de toekomstige veiligheidsopgave in beeld gebracht.
De toekomstige veiligheidsopgave gerelateerd aan kruinhoogte en bekledingen is
weergegeven in Figuur 3.6.
Figuur 3.6 laat zien dat de extra benodigde kruinhoogte in geval van een zeespiegelstijging
van 0,35 meter gemiddeld 0,5 meter bedraagt. Er is verder sprake van een beperkte
verandering van de benodigde asfaltdiktes. Voor betonblokken geldt dat er sprake is van
zowel een toe- als afname van de benodigde dikte van de betonblokken. De afname van de
benodigde dikte van betonblokken treedt voornamelijk op langs bij de Waddenzeezijde van
de eilanden (zie Figuur 3.7) en in het Eems-Dollard gebied (gebieden waar sprake is van
afwaaiing onder maatgevende omstandigheden en waar zeespiegelstijging dus beperkte
effecten heeft).
a) b)
c) d)
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
22 van 39
Voor de grasbekleding geldt dat er slechts een beperkt aantal locaties zijn waar een
verandering van de benodigde kwaliteitsklasse van gras optreedt. Merk op dat een
verschuiving van +3 grasklassen (dus 3 klassen betere grasbekleding) feitelijk inhoudt dat
een grasbekleding niet meer toereikend is: er zijn immers maar drie klassen voor kwaliteit
grasbekleding.
Figuur 3.6 Toekomstige veiligheidsopgave scenario zeespiegelstijging 0,35 meter: a) extra benodigde kruinhoogte,
b) extra benodigde dikte asfaltlaag, c) extra benodigde dikte betonblokken en d) verandering van
benodigde graskwaliteitsklasse
a) b)
c) d)
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
23 van 39
Figuur 3.7 Klimaatscenario zeespiegelstijging 0,35 meter; relatieve toename benodigde dikte betonblokken
3.2.3 Zeespiegelstijging 0,60 meter
De toekomstige veiligheidsopgave in geval van een zeespiegelstijging van 0,6 meter is
weergegeven in Figuur 3.8. Uit deze figuur is op te maken dat de extra benodigde
kruinhoogte gemiddeld orde 1 meter bedraagt en dat voor de bekleding betonblokken geldt
dat de extra benodigde dikte gemiddeld orde 0,1 meter bedraagt. Zowel voor de asfalt
bekleding als voor de gras bekleding geldt dat het aantal locaties waarvoor extra benodigde
dikte/kwaliteitsklasse nodig is beperkt is.
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
24 van 39
Figuur 3.8 Toekomstige veiligheidsopgave scenario zeespiegelstijging 0,60 meter: a) extra benodigde kruinhoogte,
b) extra benodigde dikte asfaltlaag, c) extra benodigde dikte betonblokken en d) verandering van
benodigde graskwaliteitsklasse
3.2.4 Zeespiegelstijging 0,85 meter
Indien sprake is van een zeespiegelstijging van 0,85 meter dient rekening te worden
gehouden met extra benodigde kruinhoogte en bekledingsdikte/kwaliteitsklasse zoals
weergegeven in Figuur 3.9. De extra benodigde kruinhoogte voor dit scenario ligt (afhankelijk
van de locatie) tussen de 1,0 en 1,5 meter met uitschieters tot 2,0 meter. Net als voor de
voorgaande scenarios geldt dat deze extra benodigde kruinhoogte het grootst is langs de Groningse kust, zoals te zien in Figuur 3.10.
a) b)
c) d)
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
25 van 39
Figuur 3.9 Toekomstige veiligheidsopgave scenario zeespiegelstijging 0,85 meter: a) extra benodigde kruinhoogte,
b) extra benodigde dikte asfaltlaag, c) extra benodigde dikte betonblokken en d) verandering van
benodigde graskwaliteitsklasse
Figuur 3.10 Klimaatscenario zeespiegelstijging 0,85 meter; ruimtelijke verdeling extra benodigde kruinhoogte
a) b)
c) d)
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
26 van 39
3.3 Gevoeligheidsanalyses windklimaat
3.3.1 Toename windsnelheid met 5% en 10%
Naast berekeningen voor de vastgestelde Deltascenarios zijn ook berekeningen uitgevoerd om de gevoeligheid van de toekomstige veiligheidsopgave voor eventuele veranderingen in
het windklimaat in beeld te brengen. Omwille van de beperking van het aantal berekeningen
zijn de gevoeligheidsberekeningen voor windklimaatveranderingen uitgevoerd met
inachtneming van een zeespiegelstijging. In het geval van een toename van de windsnelheid
met 5% is een combinatie gemaakt met een zeespiegelstijging van 0,35 meter. De
gevoeligheid van de toekomstige veiligheidsopgave ten gevolge van een toename van het
windsnelheid in combinatie met een zeespiegelstijging van 0,35 meter zijn weergegeven in
Figuur 3.11.
Figuur 3.11 Toekomstige veiligheidsopgave scenario toename windsnelheid met 5% in combinatie met
zeespiegelstijging 0,35 meter: a) extra benodigde kruinhoogte, b) extra benodigde dikte asfaltlaag, c)
extra benodigde dikte betonblokken en d) verandering van benodigde graskwaliteitsklasse
Teneinde het effect van enkel de verandering van windklimaat in beeld te brengen is voor de
extra benodigde kruinhoogte het verschil bepaald tussen het beschouwde scenario en het
geassocieerde scenario met enkel zeespiegelstijging. Het resultaat is geplot in Figuur 3.12.
a) b)
c) d)
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
27 van 39
Figuur 3.12 Toekomstige veiligheidsopgave scenario toename windsnelheid met 5% in combinatie met
zeespiegelstijging 0,35 meter: verschil in extra benodigde kruinhoogte ten opzichte ven scenario met
enkel 0,35 meter zeespiegelstijging.
Net als voor een verandering van windsnelheid met 5% is ook voor een verandering van de
windsnelheid met 10% het effect op de extra benodigde kruinhoogte bepaald in combinatie
met een zeespiegelstijging van 0,85 meter. Figuur 3.13 toont het verschil tussen de extra
benodigde kruinhoogte voor dit scenario en de extra benodigde kruinhoogte voor het
geassocieerde zeespiegelstijging scenario. De afbeelding laat zien dat een toename van de
windsnelheid met 10% gemiddeld tot een toename van de benodigde kruinhoogte leidt van
0,1-0,2 meter. Lokaal kunnen toenames van de benodigde kruinhoogte voorkomen tot 0,4
meter. Dit laatste is vooral aan de orde voor dijkvakken nabij Eemshaven, welke niet worden
afgeschermd door de Waddeneilanden.
Het effect van een verandering in de windsnelheid leidt tot niet verwaarloosbare
veranderingen in de extra benodigde kruinhoogte. Indien een verandering van windsnelheid
realistisch wordt gevonden dient dit te worden meegenomen in de bepaling van de
toekomstige veiligheidsopgave.
Figuur 3.13 Toekomstige veiligheidsopgave scenario toename windsnelheid met 10% in combinatie met
zeespiegelstijging 0,85 meter: verschil in extra benodigde kruinhoogte ten opzichte ven scenario met
enkel 0,85 meter zeespiegelstijging.
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
28 van 39
3.3.2 Verandering windrichting met 10 en 20
Naast veranderingen van het windsnelheid zijn ook veranderingen in windrichting nader
onderzocht. Ook hiervoor geldt, net als voor de veranderingen in het windsnelheid dat deze
veranderingen zijn doorgerekend in combinatie met zeespiegelstijgingsscenarios. De verandering van windrichting met 10 is gecombineerd met een zeespiegelstijging van 0,35
meter, de verandering van de windrichting met 20 is gecombineerd met een
zeespiegelstijging van 0,85 meter.
De gevoeligheid van de extra benodigde kruinhoogte voor veranderingen in windrichting zijn
bepaald door het verschil te bepalen tussen de hier gepresenteerde scenarios en de geassocieerde zeespiegelstijgingen. Het resulterende verschil in benodigde kruinhoogte is
gepresenteerd in Figuur 3.14. In de afbeeldingen is te zien dat een verandering van
windrichting slechts tot beperkte veranderingen leidt van de benodigde kruinhoogte. Pas bij
een verandering van 20 is voor een groot aantal locaties sprake van een extra benodigde
kruinhoogte van 0,2 meter of meer.
Figuur 3.14 Toekomstige veiligheidsopgave scenario verandering windrichting in combinatie met zeespiegelstijging,
verschil in extra benodigde kruinhoogte ten opzichte ven scenario met enkel zeespiegelstijging: a)
verandering windrichting 10 en b) verandering windrichting 20
3.4 Autonome ontwikkeling en menselijke ingrepen
3.4.1 Relatieve zeespiegelstijging 1,10 meter en 1,35 meter
Naast een mogelijke stijging van de zeespiegel als gevolg van klimaatveranderingen kunnen
er ook veranderingen optreden in de bodemligging van de Waddenzee. Mogelijke oorzaken
hiervan kunnen zijn het verdrinken van de Waddenzee en grootschalige bodemdaling als gevolg van gaswinning. In Deltares (2012b) zijn deze scenarios nader beschreven en vervolgens is in Deltares (2012e) een voorstel gedaan voor de door te rekenen scenarios gerelateerd aan deze veranderingen, waarvan de effecten op de toekomstige
veiligheidsopgave in deze sectie zijn beschreven. Het betreft relatieve zeespiegelstijgingen
van 1,10 en 1,35 meter, welke een combinatie van uniforme bodemdaling en
zeespiegelstijging representeren.
Figuur 3.15 toont de toekomstige veiligheidsopgave indien sprake is van een relatieve
zeespiegelstijging van 1,10 meter. Dit leidt gemiddeld tot een extra benodigde kruinhoogte
van orde 1,5 meter, terwijl voor sommige locaties zelfs een extra kruinhoogte van orde 2,25
tot 2,5 meter benodigd is. Vooral dijksecties gelegen nabij en ten zuiden van zeegaten
hebben deze extra kruinhoogte nodig, zie ook Figuur 3.16.
a) b)
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
29 van 39
Figuur 3.15 Toekomstige veiligheidsopgave scenario relatieve zeespiegelstijging 1,10 meter: a) extra benodigde
kruinhoogte, b) extra benodigde dikte asfaltlaag, c) extra benodigde dikte betonblokken en d)
verandering van benodigde graskwaliteitsklasse
Figuur 3.16 Klimaatscenario relatieve zeespiegelstijging 1,10 meter; ruimtelijke verdeling extra benodigde
kruinhoogte
a) b)
c) d)
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
30 van 39
Een vergelijkbaar beeld is te zien voor het scenario met een relatieve zeespiegelstijging van
1,35 meter, zie Figuur 3.17. De gemiddelde extra benodigde kruinhoogte loopt op tot orde 2,0
meter, terwijl er ook locaties zijn waarvoor een extra kruihoogte van orde 3,0 meter
noodzakelijk lijkt.
Figuur 3.17 Toekomstige veiligheidsopgave scenario relatieve zeespiegelstijging 1,35 meter: a) extra benodigde
kruinhoogte, b) extra benodigde dikte asfaltlaag, c) extra benodigde dikte betonblokken en d)
verandering van benodigde graskwaliteitsklasse
3.4.2 Zeespiegelstijging gecombineerd met toename golfcondities
Naast het optreden van zeespiegelstijging als gevolg van klimaatveranderingen is het ook
denkbaar dat er sprake is van een toename van de golfcondities aan de teen van de dijk,.
Deze toename kan het gevolg zijn van onder andere morfologische veranderingen
(verdiepingen) in de Waddenzee, maar geeft ook inzicht in de invloed van onzekerheden
rondom de berekende golfcondities opgenomen in het rekeninstrument. Zoals aangegeven in
Deltares (2012e) wordt dan ook gerekend met een toename van de golfhoogte en periode
aan de teen van de dijk met Hm0+10%/Tp+10% en Hm0+20%/Tp+50% met respectievelijk
zeespiegelstijgingen van 0,35 en 0,85 meter.
a) b)
c) d)
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
31 van 39
Figuur 3.18 toont de extra benodigde kruinhoogte voor beide gevallen. Vergelijking met de
resultaten voor alleen de zeespiegelstijging laat zien dat er behoorlijk grote verschillen
optreden. Dit is te verwachten omdat de golfcondities een belangrijke bijdrage leveren aan de
totaal benodigde kruinhoogte. Verandering van de golfcondities leidt dan ook tot een forse
toename van de extra benodigde kruinhoogte.
Figuur 3.18 Toekomstige veiligheidsopgave scenario verandering golfklimaat in combinatie met zeespiegelstijging,
verschil in extra benodigde kruinhoogte ten opzichte ven scenario met enkel zeespiegelstijging: a)
toename golfhoogte 10% golfperiode 10% en b) toename golfhoogte 20% golfperiode 50%
Figuur 3.19 toont de ruimtelijke verdeling van deze extra benodigde kruinhoogte voor het
eerste (10%/10%) scenario. De extra benodigde kruinhoogte neemt toe op die locaties waar
golfhoogte in de referentiesituatie een grote bijdrage levert aan de kruinhoogte: bijvoorbeeld
achter zeegaten of locaties waar sprake is van grote strijklengtes.
Figuur 3.19 Klimaatscenario toename golfcondities met 10% en zeespiegelstijging 0,35 meter; ruimtelijke verdeling
extra benodigde kruinhoogte
a) b)
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
32 van 39
3.4.3 Zeespiegelstijging met daling kruinhoogte
De laatste twee doorgerekende scenarios betreffen scenarios met een combinatie van zeespiegelstijging en kruinhoogteverlaging. Er is gerekend met zeespiegelstijgingen van 0,35
en 0,85 meter in combinatie met respectievelijk 0,15 en 0,30 meter kruinhoogteverlaging. De
effecten van deze combinaties op de extra benodigde kruinhoogte zijn gelijk aan de extra
benodigde gepresenteerd in Figuur 3.6 en Figuur 3.9 met daarbij opgeteld respectievelijk
0,15 en 0,30 meter.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
33 van 39
4 Kosten dijkversterkingen toekomstige veiligheidsopgave
4.1 Alle dijken nu exact op orde (geen overhoogte)
Op basis van de extra benodigde kruinhoogte zoals gepresenteerd in Hoofdstuk 3 en de
kostenfuncties zoals afgeleid voor de dijkvakken in het Waddengebied (zie paragraaf2.4) kan
een schatting worden gemaakt van de te verwachten kosten voor dijkversterking in geval van
de onderzochte scenarios. Hierbij is het uitgangspunt dat de dijken allen op dit moment exact in orde zijn, zowel wat betreft kruinhoogte als bekledingen. Omdat een extra kruinhoogte het
gevolg is van zwaardere hydraulische belastingen is in de kostenfuncties ook rekening
gehouden met extra benodigde aanpassingen naar aanleiding van macrostabiliteit en
bekledingen (zie ook paragraaf 0). Met de aanname dat zowel kruinhoogte als bekledingen
initieel exact op orde zijn kan worden volstaan met het bepalen van de kosten op basis van
enkel de toename van de benodigde kruinhoogte.
In Tabel 4.1 worden de berekende kosten voor de dijkversterkingsmaatregelen
gepresenteerd per scenario. De tabel laat zien dat, volgens verwachting, de kosten toenemen
met de toename van de zeespiegelstijging. Verder is te zien dat een eventuele verandering
van het windklimaat niet leidt tot een significante verandering van de kosten:
zeespiegelstijging domineert de kosten.
Tabel 4.1 laat verder zien dat de kosten voor benodigde dijkversterkingen sterk toenemen
indien sprake is van zwaardere golfaanval op de dijken (hetzij het gevolg van het verdiepen
van de Waddenzee, hetzij door toename golfdoordringing door de zeegaten).
Categorie Nr
Wa
ters
tand
Go
lfh
oo
gte
(Hm
0)
Go
lfp
erio
de
(Tm
-1,0
)
Win
d-
rich
tin
g
Win
d-
sn
elh
eid
Kru
in-
ho
og
te
Ko
ste
n
(excl. B
TW
)
[m] [%] [%] [] [%] [m] [MEur]
Referentie 0.00 0 0 0 0 0
Klim
aa
tsce
na
rios
1 0.15 400
2 0.35 650
3 0.60 950
4 0.85 1300
5 0.35 10 650
6 0.85 20 1300
7 0.35 5 650
8 0.85 10 1350
Au
tono
me
on
twik
ke
ling 9 1.10 1700
10 1.35 2100
11 0.35 10 10 1000
12 0.85 20 50 3750
13 0.35 -0.15 850
14 0.85 -0.30 1700
Tabel 4.1 Geschatte kosten voor de dijkversterkingen voor de beschouwde scenarios met als aanname dat de
dijken nu exact op orde zijn
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
34 van 39
4.2 Rekening houdend met aanwezige overhoogte
De bepaling van de kosten, zoals bovenstaand omschreven en gepresenteerd, is herhaald
met de inachtneming van de reeds aanwezige overhoogte gehanteerd in het kader van het
project WV21. De aanwezige overhoogte in het Waddengebied volgens deze informatie
bedraagt gemiddeld meer dan 1,0 meter, wat een significant effect heeft op de daadwerkelijk
extra benodigde kruinhoogte en dus kosten voor dijkversterkingsmaatregelen.
In Tabel 4.2 zijn de geschatte kosten voor dijkversterkingsmaatregelen gepresenteerd met
inachtneming van de reeds aanwezige overhoogte. Hierbij moet worden opgemerkt dat ervan
wordt uitgegaan de bekleding op de dijken een oversterkte heeft welke tenminste
gelijkwaardig is aan de overhoogte van de betreffende dijken. Dit uitgangspunt gaat er feitelijk
van uit dat de dijkvakken afgekeurd op bekleding in de derde toetsronde eerst op orde
worden gemaakt. Verder wordt in deze studie uitgegaan van een standaard profiel, welke
afwijkt van de werkelijke profielen. Dit laatste heeft mogelijk een effect op de kosten, maar is
naar verwachting een tweede orde effect.
Een vergelijking tussen Tabel 4.1 en Tabel 4.2 laat zien dat de kosten significant afnemen als
gevolg van het in rekening brengen van de aanwezige overhoogte. De relatieve verschillen
tussen de scenarios blijven gelijk.
Categorie Nr
Wa
ters
tand
Go
lfh
oo
gte
(Hm
0)
Go
lfp
erio
de
(Tm
-1,0
)
Win
d-
rich
tin
g
Win
d-
sn
elh
eid
Kru
in-
ho
og
te
Ko
ste
n
(excl. B
TW
)
[m] [%] [%] [] [%] [m] [Meur]
Referentie 0.00 0 0 0 0 0
Klim
aa
tsce
na
rios
1 0.15 50
2 0.35 100
3 0.60 250
4 0.85 350
5 0.35 10 100
6 0.85 20 350
7 0.35 5 100
8 0.85 10 350
Au
tono
me
on
twik
ke
ling 9 1.10 600
10 1.35 850
11 0.35 10 10 200
12 0.85 20 50 1950
13 0.35 -0.15 200
14 0.85 -0.30 600
Tabel 4.2 Geschatte kosten voor de dijkversterkingen voor de beschouwde scenarios met inachtneming van de
aanwezige overhoogte
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
35 van 39
4.3 Kosten dijkversterkingen voor zichtjaren 2050 en 2100 (Deltascenarios)
De kosten voor de dijkversterkingen zoals gepresenteerd in paragraaf 4.1 en paragraaf 4.2
zijn van toepassing voor verschillende scenarios. Voor de Deltascenarios geldt dat deze uit gaan van een zeespiegelstijging ten opzichte van het jaar 1990. Dit betekent feitelijk dat de
gepresenteerde kosten in voorgaande secties gecorrigeerd dienen te worden voor de reeds
opgenomen zeespiegelstijging van 0,07 meter in Hydra-K.
Door nu de benodigde kruinhoogte per scenario te verminderen met 0,07 meter worden de
kosten voor de benodigde dijkversterkingen voor de Deltascenarios benaderd. Deze benadering is enigszins conservatief omdat het de invloed van de 0,07 meter op de
golfcondities niet in beschouwing neemt. De mate van conservatisme valt echter ruimschoots
binnen de nauwkeurigheidsband van de uitgevoerde berekeningen en is daarmee als niet
significant bestempeld.
In Tabel 4.3 zijn de resulterende kosten voor de dijkversterkingen gepresenteerd voor de
zichtjaren 2050 en 2100, alsmede de klimaatveranderingen matig en snel.
Klimaatverandering Kosten dijkversterking
indien dijken op orde
zijn, excl. BTW [Meur]
Kosten
dijkversterking
Inclusief overhoogte,
excl. BTW [Meur]
2050 Matig 350 50
Snel 600 100
2100 Matig 600 100
Snel 1200 400
Tabel 4.3 Overzicht investeringskosten voor klimaatscenarios matige en snelle klimaatverandering voor
zichtjaren 2050 en 2100
4.4 Onzekerheden in de kostenschattingen
In Deltares (2011b) is onderzocht wat de bandbreedtes rondom de kostenfuncties kunnen
zijn. Bij de bepaling van deze bandbreedtes is rekening gehouden met een groot aantal
bronnen van onzekerheid (bijvoorbeeld aanwezige oversterkte, geometrische afmetingen
aanwezige dijk, etc.), welke vervolgens middels een Monte Carlo-analyse zijn vertaald naar
onzekerheden in de kosten voor dijkversterking. Hierbij is uitgegaan van een dijkversterking
met een verhoging van 1 decimeringshoogte. De resulterende variatie leidt tot een landelijke
10% ondergrens welke circa 15% lager ligt dan de verwachtingswaarde (zie tabel 8.12 in
Deltares (2011b)). De 10% bovengrens ligt landelijk orde 50% hoger dan de
verwachtingswaarde. Voor de in dit hoofdstuk gepresenteerde kosten geldt dan ook dat deze
15% lager of 50% hoger kunnen uitvallen als gevolg van de onzekerheden in de bepaling van
de kostenfuncties.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
37 van 39
5 Conclusies en aanbevelingen
In het kader van het Deltaprogramma Waddengebied is de toekomstige veiligheidsopgave in
beeld gebracht. Hiervoor is allereerst een overzicht gegenereerd van mogelijke
(klimaat-)scenarios. Voor 14 van deze scenarios is vervolgens de verandering in benodigde kruinhoogte en/of sterkte van de bekledingen berekend voor het verkrijgen van inzicht in de
toekomstige veiligheidsopgave.
Voor de bepaling van deze toekomstige veiligheidsopgave is gebruik gemaakt van een
aangepaste versie van het modelinstrumentarium (Hydra-K) dat gebruikt wordt voor de
bepaling van de hydraulische randvoorwaarden voor de primaire waterkeringen. Hiermee is
voor alle locaties gelegen in het Waddengebied per (klimaat-) scenario de verandering van
het belastingniveau bepaald. De resultaten van de berekeningen zijn gepresenteerd in
kaartbladen (beschikbaar via Google Earth) en histogrammen per dijkvak en voor het gehele
Waddengebied.
De resultaten van de berekeningen laten zien dat de extra benodigde kruinhoogte voor de
dijken opgebouwd is uit een deel zeespiegelstijging en een deel toename van de golfcondities
als gevolg van de zeespiegelstijging (of toename van de waterdiepte). De extra benodigde
kruinhoogte varieert ruimtelijk. Dijkvakken gelegen achter zeegaten, dus gedomineerd door
golfaanval, zijn gevoeliger voor een toename van de zeespiegel, terwijl beschutte locaties
minder gevoelig zijn. Voor dijkvakken gelegen achter dijkvakken kan dit betekenen dat de
extra benodigde kruinhoogte tot twee maal de zeespiegelstijging bedraagt.
Voor dijkbekledingen geldt dat deze enerzijds verzwaard moeten worden (met name
betonblokken) en anderzijds hoger opgetrokken moeten worden. De verhoging van de
dijkbekledingen is gelijk aan de extra benodigde kruinhoogte omdat deze hoogte een functie
is van de golfoploop, waarop ook de extra kruinhoogte is gebaseerd.
Doorvertaling van de extra benodigde kruinhoogte (en daarmee bekleding) naar kosten, op
basis van kostenfuncties van WV21, laat zien dat sprake is van significante kosten (als
gevolg van de extra benodigde kruinhoogte) als gevolg van zeespiegelstijging.
De gevoeligheid van deze kosten voor veranderingen van het windklimaat zijn beperkter.
Indien rekening wordt gehouden met de aanwezigheid van overhoogte nemen de kosten
significant af: de aanwezige overhoogte lijkt op dit moment dusdanig groot te zijn dat hiermee
een groot deel van de extra benodigde kruinhoogte kan worden opgevangen. Voor de vier
hoekpunten (2 per zichtjaar 2050/2100) zijn de geschatte kosten gepresenteerd in Tabel 5.1.
Klimaatverandering Kosten dijkversterking
indien dijken op orde
zijn, excl. BTW [Meur]
Kosten dijkversterking
Inclusief overhoogte,
excl. BTW [Meur]
2050 Matig 350 50
Snel 600 100
2100 Matig 600 100
Snel 1200 400
Tabel 5.1 Overzicht investeringskosten voor klimaatscenarios matige en snelle klimaatverandering voor
zichtjaren 2050 en 2100
-
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
38 van 39
De kans op meerdere calamiteiten bij verschillende dijkvakken binnen n dijkring neemt toe
naarmate er meer kruinhoogten precies op de benodigde kruinhoogte komen te liggen. De
mogelijke consequenties hiervan zijn in dit rapport buiten beschouwing gelaten.
De in deze studie afgeleide toekomstige veiligheidsopgave en geassocieerde kosten zijn
bepaald met behulp van de meest recente informatie. Echter, de aanwezige informatie
aangaande overhoogte van de dijken is relatief grofstoffelijk en de oversterkte van de
bekleding is niet aanwezig in bruikbaar formaat. Aanbevolen wordt om in de volgende
verdiepingsslag de kosten met inbegrip van de overhoogte/sterkte nader uit te werken met
nog nader aan te vullen informatie over de overhoogte/oversterkte.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
39 van 39
6 Referenties
Deltares (2011a). Deltascenario's. Verkenning van mogelijke fysieke en sociaaleconomische
ontwikkelingen in de 21ste eeuw op basis van KNMI06 en WLO-scenarios, voor gebruik in het Deltaprogramma 2011 2012. Deltares rapport 1204151.002. W Bruggeman, M. Haasnoot, S. Hommes, A. te Linde, R. van der Brugge. April 2011.
Deltares (2011b). Kosten van maatregelen. Informatie ten behoeve van het project
Waterveiligheid 21e eeuw. Deltares rapport 1204144-003-ZWS-0001. P. de Grave en G.
Baarse. Maart 2011.
Deltares (2011c). Aangepaste Q-variant binnen Hydra-K. Verloop golfcondities,
belastingfuncties en externe testronde. Deltares rapport 1204143-002-HYE-0029. A.J. Smale
en J. Beckers. Augustus 2011.
Deltares (2012a). Huidige veiligheidsopgave Waddengebied. Deltares Memo 1205299-000-
ZKS-0017. A.J. Smale. Maart 2012.
Deltares (2012b). Klimaatscenarios, autonome ontwikkelingen en menselijke ingrepen in het Waddengebied. Deltares, memo 1205299-000-ZKS-0022.
Deltares (2012c). Rekenen met Zeespiegelstijging met Hydra-K voor de Waddenzee.
Deltares, memo 1205299-000-ZKS-0021.
Deltares (2012d). Rekenen met toekomstige veranderingen in de Waddenzee in Hydra-K.
Deltares Memo 1205299-000-ZKS-0023. B, Hoonhout. Maart 2012.
Deltares (2012e). Voorstel rekenscenarios ten behoeve van verkenning toekomstige veiligheidsopgave. Deltares memo 1206239-000-ZKS-0001. B. Hoonhout. April 2012.
HKV (2012). Hydra-K versie 3.6.5, Functionele documentatie productieversie WTI-2011. HKV
rapport PR1564. J.W. Stijnen, B.I. Thonus, F.L.M. Diermanse, C.P.M. Geerse, R.P. Nicolai.
Februari 2012.
-
1206239-000-ZKS-0009, Versie 4, 4 december 2013, definitief
Toekomstige veiligheidsopgave voor harde keringen in het Waddengebied
A-1
A Memo Rekenen met zeespiegelstijging met Hydra-K voor de Waddenzee
-
Memo Aan DP Waddengebied Datum 30 januari 2012
Kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Aantal pagina's 19
Van Bas Hoonhout
Doorkiesnummer +31 (0)88 33 58 052
E-mail bas.hoonhout @deltares.nl
Onderwerp Rekenen met Zeespiegelstijging met Hydra-K voor de Waddenzee
1 Inleiding
Het Deltaprogramma Waddengebied wil graag inzicht in de toekomstige veiligheidsopgave. De veiligheidsopgave is de inspanning die nodig is om de waterkeringen in het Waddengebied aan de norm te laten voldoen. De veiligheidsopgave wordt uitgedrukt in termen van toekomstig tekort aan kruinhoogte en/of dikte van de steenbekleding. Het inzicht in de veiligheidsopgave heeft als doel om de toekomstige veiligheidsopgave te kunnen combineren met de inspanningen die verricht worden ten behoeve van de bestaande veiligheidsopgave.
Een mogelijkheid om de toekomstige veiligheidsopgave voor het Waddengebied te bepalen is aan de hand van een serie berekeningen met het probabilistische model Hydra-K. Hydra-K zal hiervoor ook een aantal effecten van mogelijke toekomstige veranderingen moeten kunnen kwantificeren. Op dit moment lijken de volgende aspecten van belang:
x Zeespiegelstijging x Veranderingen in windklimaat x Lokale veranderingen in bodemgeometrie (bodemdaling, menselijke ingrepen, etc.)
Dit memo beschrijft een korte inventarisatie van de geschiktheid van Hydra-K voor het kwantificeren van de gevolgen voor de veiligheidsopgave in het Waddengebied.
2 Modelomschrijving
Hydra-K is een probabilistisch veiligheidsmodel voor de Nederlandse kust. Het model berekent voor verschillende faalmechanismen, zoals golfoploop en -overslag en stabiliteit van bekledingen, de kruinhoogte of steendikte die nodig is om de waterkering aan een gegeven faalfrequentie te laten voldoen. Dit wordt de ontwerpberekening genoemd. Ook berekent het model een representatieve hydraulische belasting bij deze faalfrequentie in de vorm van een illustratiepunt.
-
Datum 30 januari 2012
Ons kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Pagina 2/19
2.1 Toetspeilcorrectie Voor het berekenen van de faalfrequentie gebruikt Hydra-K de methode De Haan. Bij deze methode wordt een gemeten verzameling stormen opgeschaald naar normatief niveau. De methode is uitgebreid met een zogenaamde toetspeilcorrectie.
In het kader van HR2006 is ervoor gekozen om de waterstand in de ontwerpberekening en de berekende illustratiepunten aan te laten sluiten bij de toetspeilen. Toetspeilen zijn belangrijke randvoorwaarden in praktijktoepassingen. De oorspronkelijk berekende waterstand wordt met deze correctie zodanig verschoven dat de maatgevende waterstand samenvalt met het toetspeil. Voor de illustratiepunten vindt deze verschuiving plaats langs de faalgrens. Deze verschuiving is grafisch weergegeven in Figuur 2.1. In deze figuur is illustratiepunt 1 (IP1) gebaseerd op de initieel berekende waterstand en illustratiepunt 2 (IP2) gebaseerd op het toetspeil. Omdat de waterstand van groot belang is voor de veiligheid, is de toetspeilcorrectie een belangrijk uitgangspunt van het model.
faalgrens
win
dsne
lhei
d
waterstand
illustratiepunt 1
illustratiepunt 2
toetspeil
Figuur 2.1 De twee door Hydra-K berekende illustratiepunten. Illustratiepunt 1 is berekend met vrij te kiezen
waterstand. Illustratiepunt 2 is gebaseerd op bestaande toetspeilen.
2.2 Zeespiegelstijging Een uniforme zeespiegelstijging kan opgegeven worden in het bestand hydra_k.ini dat de globale configuratie van Hydra-K bevat. Als gevolg van de toetspeilcorrectie komt het effect van de op te leggen zeespiegelstijging per definitie niet tot uiting in de door Hydra-K uitgerekende waterstand. Om het effect van zeespiegelstijging op een realistische manier te kunnen onderzoeken zal de toetspeilcorrectie uitgezet moeten worden.
2.3 Windstatistiek Windsnelheid en richting zijn twee van de variabelen die invoer zijn van Hydra-K. De probabilistische verdelingen voor de windsnelheid in termen van overschrijdingsfrequentielijnen voor verschillende richtingssectoren zijn opgeslagen in een aantal bestanden met de extensie .e30. Ieder bestand correspondeert met een meetlocatie. Voor het Waddengebied is alleen de meetlocatie Terschelling-West relevant.
2.4 Bathymetrie en topografie De bathymetrie van de Waddenzee is geen onderdeel van Hydra-K, maar is impliciet opgenomen in de SWAN productieberekeningen die Hydra-K gebruikt. Voor een groot aantal randvoorwaarden in termen van windsnelheid, windrichting en waterstand zijn SWAN berekeningen gemaakt. Hydra-K gebruikt interpolatie tussen de resultaten van deze
-
Datum 30 januari 2012
Ons kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Pagina 3/19
berekeningen voor het bepalen van de condities aan de teen van de dijk. De dijk zelf is beschreven door middel van een dwarsprofiel. Alle dwarsprofielen samen vormen de topografische invoer voor Hydra-K.
Via de dwarsprofielen kan de topografie in Hydra-K relatief eenvoudig aangepast worden. Door het gebruik van de SWAN productieberekeningen geldt dat niet voor de bathymetrie. Voor het bepalen van de veiligheidsopgave zijn echter slechts de effecten van de verandering in de bathymetrie op de hydraulische randvoorwaarden van belang. Deze effecten kunnen wel meegenomen worden in een berekening met Hydra-K. Er worden twee soorten primaire effecten op de hydraulische randvoorwaarden onderscheiden:
x Verandering van de waterstand x Verandering van de golfcondities
Een verandering van de waterstand kan in Hydra-K ingevoerd worden als een (relatieve) zeespiegelstijging. Een verandering van de golfcondities kan meegenomen worden door de database met SWAN resultaten aan te passen. De vertaling van een bodemverandering naar een primair effect wordt in sectie 6 van dit memo toegelicht.
3 Modelaanpassingen
Er is geen instelling voor het uitzetten van de toetspeilcorrectie in Hydra-K. De code moet hiervoor aangepast worden.
De code van Hydra-K is nagelopen op het voorkomen van de tekst dToetspeil. Deze variabele, of beter gezegd de variabele correctieRVB.dToetspeil, bevat het verschil tussen de oorspronkelijk berekende waterstand in het illustratiepunt IP1 en het geldende toetspeil. Dit verschil wordt gebruikt voor de toetspeilcorrectie.
Op alle locaties waar de variabele dToetspeil voorkomt is ervoor gezorgd dat de variabele een waarde nul heeft. De toetspeilcorrectie is hiermee effectief uitgezet. Dit is op zes plekken gedaan.
Voor de illustratiepunten werkt de correctie iets anders. Er worden twee illustratiepunten bepaald. Bij n illustratiepunt (IP2) is de waterstand gegeven, namelijk het toetspeil, bij de andere (IP1) is de waterstand een vrije stochast. Beide illustratiepunten zijn onderdeel van de uitvoer van Hydra-K. De code hoeft daarom hiervoor niet aangepast te worden.
4 Het effect van toetspeilcorrectie en zeespiegelstijging
Er zijn een aantal batch berekeningen voor het hele Waddengebied gemaakt, om te inventariseren hoe de zeespiegelstijging die in Hydra-K opgegeven kan worden de resultaten benvloedt. Voor de berekeningen is de WTI versie van Hydra-K gebruikt (versie 3.6.3). In eerste instantie is er alleen naar golfoverslag gekeken. Er zijn vier soorten berekeningen gemaakt:
1. Berekening zonder zeespiegelstijging en met toetspeilcorrectie
2. Berekening zonder zeespiegelstijging en zonder toetspeilcorrectie
3. Berekening met 0,35m zeespiegelstijging en zonder toetspeilcorrectie
-
Datum 30 januari 2012
Ons kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Pagina 4/19
4. Berekening met 0,85m zeespiegelstijging en zonder toetspeilcorrectie
4.1 Resultaten In Figuur 4.1 is een overzicht gegeven van de doorgerekende locaties. Figuur 4.2 geeft de waterstand bij de normfrequentie volgens de marginale statistiek. In deze en volgende figuren corresponderen de letters op de horizontale as met de letters in Figuur 4.1. Figuur 4.3 geeft de toename van deze waterstand bij het inschakelen van de toetspeilcorrectie, oftwel het toetspeil zelf, of het opleggen van een zeespiegelstijging. Dit is dus de toename van de rode en blauwe lijnen ten opzichte van de groene lijn in Figuur 4.2.
Met name in Figuur 4.3 is goed te zien dat de zeespiegelstijging simpelweg resulteert in een uniforme ophoging van de waterstand bij de normfrequentie (marginale statistiek). Dit is volgens verwachting en ook de bedoeling. De toetspeilcorrectie geeft een minder uniforme ophoging. De correctie is gemiddeld 13cm in het Waddengebied.
Figuur 4.4 en Figuur 4.5 tonen vergelijkbare plots, maar dan van de benodigde kruinhoogte. Dit is dus inclusief het resultaat van de golfoverslag berekening, waarbij uitgegaan wordt van een kritisch overslagdebiet van 1 l/s/m. Met name uit Figuur 4.5 valt op te maken dat de verhoging van de benodigde kruinhoogte niet uniform is en tevens groter dan de uniforme zeespiegelstijging. Dit laatste kan verklaard worden uit het feit dat op veel locaties met toenemende waterdiepte ook de golfbelasting toeneemt. De niet-uniformiteit valt ook te verklaren uit het effect van de golven, dat mede gestuurd wordt door de orintatie en locatie van het dijkvak. Ook het dijkprofiel speelt hier mogelijk een rol.
De waterstand in de illustratiepunten vertoont een vergelijkbaar gedrag als gevolg van zeespiegelstijging als de waterstand bij de normfrequentie uit de marginale statistiek (Figuur 4.6). Er is alleen iets meer scatter te zien. Voor deze vergelijking is voor berekening #1 het illustratiepunt met toetspeilcorrectie (IP2) gebruikt en voor de overige berekeningen het illustratiepunt zonder toetspeilcorrectie (IP1).
-
Datum 30 januari 2012
Ons kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Pagina 5/19
Figuur 4.1 Doorgerekende dijkvakken in het Waddengebied. De letters corresponderen met de letters op de horizontale as van Figuur 4.2 tot en met Figuur 4.6 en Error! Reference source not found. tot en met Error! Reference source not found..
A B C D E3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
locatie
wat
erst
and
[m+N
AP
]
referencereference (mean = 5.04)zeesp000zeesp000 (mean = 4.90)zeesp035zeesp035 (mean = 5.25)zeesp085zeesp085 (mean = 5.75)
Figuur 4.2 Maatgevende waterstand voor alle dijkvakken in het Waddengebied (marginale statistiek): zonder
zeespiegelstijging en toetspeilcorrectie (groen), met toetspeilcorrectie (rood) en met zeespiegelstijging van 35cm of 85cm (blauw).
A B C D E-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
locatie
vers
chil
wat
erst
and
t.o.v
. ber
eken
ing
#3 [m
]
referencereference (mean = 0.13)zeesp035zeesp035 (mean = 0.35)zeesp085zeesp085 (mean = 0.85)
-
Datum 30 januari 2012
Ons kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Pagina 6/19
Figuur 4.3 Toename waterstand ten opzichte van berekening zonder zeespiegelstijging en toetspeilcorrectie voor alle dijkvakken in het Waddengebied (marginale statistiek: met toetspeilcorrectie (rood) en met zeespiegelstijging van 35cm of 85cm (blauw).
A B C D E3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
locatie
krui
nhoo
gte
[m+N
AP
]
referencereference (mean = 7.05)zeesp000zeesp000 (mean = 6.87)zeesp035zeesp035 (mean = 7.37)zeesp085zeesp085 (mean = 8.09)
Figuur 4.4 Benodigde kruinhoogte voor alle dijkvakken in het Waddengebied voor het faalmechanisme
golfoverslag: zonder zeespiegelstijging en toetspeilcorrectie (groen), met toetspeilcorrectie (rood) en met zeespiegelstijging van 35cm of 85cm (blauw).
-
Datum 30 januari 2012
Ons kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Pagina 7/19
A B C D E-0.5
0
0.5
1
1.5
2
locatie
vers
chil
krui
nhoo
gte
t.o.v
. ber
eken
ing
#3 [m
]
referencereference (mean = 0.19)zeesp035zeesp035 (mean = 0.50)zeesp085zeesp085 (mean = 1.23)
Figuur 4.5 Toename benodigde kruinhoogte ten opzichte van berekening zonder zeespiegelstijging en
toetspeilcorrectie voor alle dijkvakken in het Waddengebied voor het faalmechanisme golfoverslag: met toetspeilcorrectie (rood) en met zeespiegelstijging van 35cm of 85cm (blauw).
A B C D E-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
locatie
vers
chil
wat
erst
and
t.o.v
. ber
eken
ing
#3 [m
]
referencereference (mean = 0.26)zeesp035zeesp035 (mean = 0.34)zeesp085zeesp085 (mean = 0.83)
Figuur 4.6 Toename waterstand in illustratiepunt ten opzichte van berekening zonder zeespiegelstijging en
toetspeilcorrectie voor alle dijkvakken in het Waddengebied: met toetspeilcorrectie (rood) en met zeespiegelstijging van 35cm of 85cm (blauw).
-
Datum 30 januari 2012
Ons kenmerk 1205299-000-ZKS-0021
Pagina 8/19
4.2 Conclusies Het opleggen van een zeespiegelstijging in Hydra-K lijkt te werken zoals verwacht. De absolute waarden van de waterstand en kruinhoogte zijn echter lastig te vergelijken met de resultaten van berekening #1. Dit komt door de toetspeilcorrectie die in deze berekening wel is gebruikt en in de berekeningen met zeespiegelstijging niet (verschil tussen IP1 en IP2). De waterstanden zijn daardoor per definitie gemiddeld 13cm lager dan in berekening #1 en lokaal zelfs meer dan 30cm. Voor de kruinhoogtes zijn de afwijkingen gemiddeld 26cm.
Voor het inventariseren van de toekomstige veiligheidsopgave, met als doel deze te combineren met de huidige veiligheidsopgave, is een relatie met de toetspeilen wel gewenst. Voor deze inventarisatie zijn de absolute waarden van berekening #2 tot en met #4 daarom niet bruikbaar. Wel kan op basis van berekeningen #2 tot en met #4 een relatief effect van de zeespiegelstijging op de waterstand in IP1 bepaald worden. Dit relatieve effect kan vervolgens opgeteld worden bij het resultaat van de laatste toetsronde of een andere referentieberekening. Deze aanpak lijkt voor de gestelde vraag en in de huidige situatie een voldoende betrouwbare en praktische oplossing.
5 Het effect van wijzigingen in de windstatistiek
Voor de inventarisatie van de toekomstige veiligheidsopgave zal rekening gehouden moeten worden met wijzigingen in het windklimaat. Wijzigingen in het windklimaat kunnen in Hydra-K doorgevoerd worden in de bestanden met windstatistiek. De realisaties van de windsnelheid en richting zullen redelijkerwijs wel binnen het bereik van de SWAN productieberekeningen moeten blijven, d.w.z. niet hoger dan orde 40m/s.
Voor deze inventarisatie is een functie geschreven die de bestaande windstatistiek uit Hydra-K aanpast op basis van factoren per richtingssector. Figuur 5.1 toont een voorbeeld van deze factoren. Deze factoren maken dat de windsnelheid voor de west en zuidwestelijke richting 20% toenemen en die voor de noord en noordwestelijke r