Snelle reparatietechnieken bij dijkbressen

KPP Meerlaagsveiligheid:
Emergency response
Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
Ulrich Förster
1204477-016
© Deltares, 2011
Titel
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
Opdrachtgever
Project
Rijkswaterstaat Waterdienst 1204477-016
Kenmerk
Pagina's
1204477-016-VEB-0001
41
Trefwoorden
Dichting, doorbraakgat, bresvorming, doorbraak, noodmaatregelen, innovatie, reactieve
noodmaatregelen, rapid levee breach repair technology.
Samenvatting
Tot aan de dijkdoorbraak zijn in Nederland vele dingen geregeld. Er is echter geen overzicht
van maatregelen die genomen dienen te worden als een dijkdoorbraak plaats gaat vinden en
geen concrete oplossing voor een snelle (nood)sluiting bij bresgroei. Er is ook geen goed
gevalideerde methode beschikbaar om bresgroei binnen afzienbare tijd tegen te gaan of de
bres in ene kort tijdsbestek te sluiten.
Dit rapport is een inventarisatie van potentiële (innovatieve) oplossingen om bresvorming in
rivier- en zeedijken beter te kunnen beheersen en doorbraakgaten te dichten.
Versie Datum
Auteur
dec. 2011 ir. Ulrich Förster
Status
definitief
Paraaf Review
dr.ir. Meindert Van
Paraaf Goedkeuring
ing. Harm Aantjes
Paraaf
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Inhoud
1 Inleiding
1.1 Aanleiding
1.2 Probleemstelling
1.3 Doelstelling
1.4 Mogelijke kansen voor succes
1.5 Eisen aan een goede sluitingstechnologie
1.6 Relevante randvoorwaarden en aspecten
1
1
1
3
3
4
5
2 Algemeen
2.1 Oorzaken voor bresvorming
2.2 Fasen van bresvorming
7
8
9
3 Maatregelen voor dijkverdediging
3.1 Maatregelen vóór begin van dijkdoorbraak
3.1.1 Kruinverhoging
3.1.2 Voorkomen van afschuivingen
3.1.3 Voorkomen van piping
3.2 Maatregelen tijdens dijkdoorbraak
3.2.1 Grondstoffen voor het sluiten van een bres
3.2.2 Eerder literatuuronderzoek en studies
3.3 Maatregelen na dijkdoorbraak
11
11
11
13
14
15
15
15
16
4 Bestaande technieken
17
4.1 Nooddijk
17
4.2 Inzet van schepen of pontons
17
4.3 Inzet van caissons
18
4.4 Inzet van zeecontainers
19
4.5 Inzet van helikopters
20
4.5.1 Bres verstoppen met hoogspanningsmasten, “Panzerigel” (Czech hedgehog;
anti-tank hedgehog; tank trap) of betonblokken.
20
Aandachtspunten:
21
4.6 Gebruikelijke methodes uit China
21
4.6.1 Algemeen
21
4.6.2 Gat vullen met grond, stenen en rotsblokken
21
4.6.3 Gat vullen met behulp van met stenen gevulde draadkorven
22
4.6.4 Bres dichten met combinatie uit stalen en houten palen, zandzakken en
rotsblokken
22
4.6.5 Compound box-shaped configuration
26
4.7 PLUG (Portable Lightweight Ubiquitous Gasket)
26
4.8 AquaDam®
27
4.9 Vergelijkbare slangsystemen
36
4.10 Zandzakken
38
4.11 Granulair materiaal
39
5 Conclusies en aanbevelingen
5.1 Conclusies
5.2 Aanbevelingen
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
41
41
41
i
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
6 Referenties
ii
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
43
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
1 Inleiding
1.1
Aanleiding
In de zomer van 2005 werd de Amerikaanse stad New Orleans getroffen door de storm
Katrina. Op een groot aantal plaatsen ontstonden stroomgaten (HKV, 2008). Evenals bij de
watersnoodramp van 1953 bleek dat een dijkdoorbraak nooit alleen komt. Als er één dijk
faalt, dan falen er meerdere.1
Figuur 1.1 Dijkbreuk langs de Missouri River bij Hamburg (Atchison County, USA) in juni 2011
De snelheid en manier van bresgroei en de daarmee gepaard gaande parameters
waterdieptes, stroomsnelheden en instromend debiet bepalen de gevolgen en de
mogelijkheden tot sluiten. Een groot debiet betekent dat per tijdseenheid veel water de polder
binnenstroomt, wat grote materiële, economische en persoonlijke schade tot gevolg heeft.
Met toenemende stroomsnelheden wordt het moeilijker een gat te dichten omdat de
sluitmiddelen met de stroming mee worden gesleept. In 1958 werd langs de rivier Neiße in de
Lausitz in Saksen bij Gross Bademeusel gepoogd een bres met treinwagons en met stenen
beladen schuiten te dichten, maar deze werden door de sterke stroming weggespoeld. De
enige optie was toen het beschermen van de bresranden om een verdere erosie te
voorkomen.
1.2
Probleemstelling
Bressen in dijken kunnen ontstaan tijdens hevige stormen waarbij de waterstand omhoog
gaat. Breekt een dijk door, stroomt het water ongecontroleerd het achterland in. De bressen
worden met grote snelheid doorstroomt. Omdat de randen van de bres verder kunnen
afbreken is uiterste voorzichtigheid bij de dijkverdediging geboden.
Er zijn twee situaties te onderscheiden:
•
•
1.
Bresvorming in een rivierdijk
Bresvorming in een zee-/meerdijk
S. van Baars: Het watersysteem van New Orleans, TU Delft.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Bij een bres in een rivierdijk is er vele dagen lang een hoogwatersituatie aanwezig, terwijl de
weersomstandigheden doorgaans niet al te extreem zijn. Bij een zee- of meerdijk ontstaat de
bres tijdens een extreme storm, die slechts orde twee dagen duurt. De dijkringen langs de
kust zijn groot, waardoor het vele dagen tot weken kan duren voordat de dijkring volledig
onder water staat. Daardoor is het nog dagen na de superstorm zinnig om te proberen het gat
te dichten. In dit stadium is het gat al heel breed (orde 100 m) wat weer een ander soort
materieel vergt dan in de beginfase van de bresvorming. Het voordeel is dat de storm dan al
voorbij is, zodat betere werkomstandigheden heersen.
Het doorbreken van een dijk dient zo lang mogelijk te worden voorkomen, want zelfs als met
behulp van een maatregel een snelle dichting van het stroomgat kan worden gerealiseerd,
blijft er gedurende een bepaalde periode water het getroffen gebied instromen. Een
sluitingsmethode moet binnen korte tijd toegepast kunnen worden. Door bresgroei te stoppen
en het stroomgat zo snel mogelijk effectief te dichten wordt de economische, materiële en
persoonlijke schade door inundatie beperkt.
Om de bres te kunnen dichten moet het gat met zandzakken worden gevuld. Na het tijdelijke
noodherstel van de bres kan de tijdelijke dijk worden versterkt tot een echte dijk. Het is van
groot belang dat middelen beschikbaar zijn (helikopters of schepen) om bressen zo snel
mogelijk te kunnen sluiten. De toe te passen technologieën moeten bovendien onder
verschillende omstandigheden kunnen functioneren om de waterstroming zo snel mogelijk te
kunnen reduceren om verdere schade langs de dijk te voorkomen. Vooral bij grote
stroomgaten brengt de hoeveelheid in te zetten materiaal en materieel problemen met zich
mee.
Het is dus van essentieel belang de kans op een dijkdoorbraak door een snelle ingrijp zo
klein mogelijk te houden. Daarnaast is duidelijkheid over de nodige en juiste processtappen
noodzakelijk. De hydrodynamische en morfologische processen die zich rond de bres
afspelen laten weinig ruimte om een maatregel (in vorm van een innovatie oplossing) met
zekerheid op succes uit te kunnen voeren.
Tot aan de dijkdoorbraak zijn in Nederland vele dingen geregeld. Bestrijdingsplannen
beschrijven preventieve maatregelen zoals het plaatsen van zandzakken. In
evacuatieplannen wordt beschreven op welke manier de inwoners zo snel mogelijk een
bedreigd gebied kunnen verlaten. Naar de snelheid waarmee de bres ontstaat en verder
uitdiept en verbreed, zijn verschillende onderzoeken gedaan.
Er is echter geen overzicht van maatregelen die genomen dienen te worden als een
dijkdoorbraak plaats gaat vinden en geen concrete oplossing voor een snelle (nood)sluiting
bij bresgroei. Er is ook geen goed gevalideerde methode beschikbaar om bresgroei binnen
afzienbare tijd tegen te gaan of de bres in ene kort tijdsbestek te sluiten. Bij een dijkdoorbraak
zal acuut moeten worden gereageerd om inundatie van het achterland zoveel mogelijk te
beperken. De waterkering zal tijdens hoge stroomsnelheden in het water moeten worden
opgebouwd, wat ertoe leidt dat niet elk systeem toepasbaar is.
Voor de sluitingen van dijken en dammen in de zeearmen van Nederland zijn wel
verschillende technieken ontwikkeld, maar de vraag is of deze ook toepasbaar zijn in een
kritieke en snel veranderende situatie zoals een rivierdijkdoorbraak. Door overmatig neerslag
en de lange duur van het hoogwater kan verweking optreden. Daardoor wordt de
2 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
bereikbaarheid en begaanbaarheid met voertuigen ten behoeve van inspecties en
noodreparaties gering of zelfs onmogelijk.
In Nederland is weinig ervaring met het dichten van bressen (van 20 m groeiend tot 300 m).
Van de watersnood in 1953 zijn twee voorbeelden bekend van successen me het stoppen
van een bres in een dijk. Beide voorbeelden betreffen het deltagebied met zijn getijomstandigheden:
•
•
De Noord bij Papendrecht/Sliedrecht – Alblasserwaard
De Hollandsche IJssel bij Nieuwekerk/IJssel – Zuidplaspolder
In beide gevallen werd een schut in het gat gevaren zodat het gat kon worden gedicht met
locaal aanwezige grond.
Bij de storm Katrina bleek dat de waterstand in het Metro gebied van New Orleans nog
anderhalf dagen na het passeren van Katrina substantieel steeg. De beslissing te wachten
totdat de stroming door een bres afzwakt of het gebruik van langzame reparatiemethoden
kan extreem hoge kosten met zich mee brengen, omdat hierdoor enorme additionele directe
schade zal ontstaan. De noodzaak een bres zo snel mogelijk te dichten is ook gebaseerd op
snelle verticale en laterale groeisnelheid van de bressen. Bresgaten kunnen met een snelheid
van tientallen meters per uur groeien, waardoor zich een kleine reparabele bres tot een grote
irreparabele bres binnen een paar uur zal ontwikkelen.
1.3
Doelstelling
Met deze rapportage zal worden geïnventariseerd welke succesvolle operaties om bressen te
dichten in het verleden zijn toegepast, onder welke omstandigheden deze operaties hebben
plaatsgevonden en welke potentiële (innovatieve) oplossingen er zijn om bresvorming in
rivier- en zeedijken beter te kunnen beheersen
1.4
Mogelijke kansen voor succes
Het dichten van een bres is essentieel voor het beperken van het aantal slachtoffers en de
schade als gevolg van het instromende water, maar de kans dat het afdichten echt lukt is niet
gegarandeerd. Het succes van zo’n sluitmaatregel is afhankelijk van geluk, ad rem regeren
en minder van wijsheid. Het sluiten van een stroomgat is een probleem waar tot op de dag
van vandaag nog geen concrete oplossing voor is.
In 2005 heeft binnen het project Ramp Bestrijdingsstrategieën Overstromingen Rijn en Maas
een workshop plaatsgevonden over de (on)mogelijkheden van fysieke noodmaatregelen bij
doorbraak van een dijk (reactieve noodmaatregelen). De centrale vraag die hier ter discussie
stond was: welke technische matregelen kunnen we nog nemen op het moment dat er een
dijk doorbreekt?
Doel van deze workshop was om door middel van brainstormen
1) mogelijke fysieke noodmaatregelen te verzinnen om een bres te dichten
2) maatregelen in het gebied te nemen om tijdens een dijkdoorbraak schade tijdens de
overstromingen nog te beperken.
De conclusie van de workshopdeelnemers is dat er nauwelijks kennis is over de
mogelijkheden om met fysieke noodmaatregelen een bres te dichten of schade tijdens een
overstroming te beperken. De verwachting is echter dat ondanks het gebrek aan kennis en
praktijkervaring, besluitnemers tijdens een dijkdoorbraak mogelijkheden om een bres te gaan
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
3 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
dichten zullen verzinnen en overwegen. Daarom is geconcludeerd dat het beter is hierover
vooraf na te denken. Na het onderzoeken van de kansrijkheid van opties kunnen de
overwegingen om juist wel of juist niet bepaalde maatregelen te nemen, verspreid worden
onder besluitnemers.
Voor het beperken van de schade tijdens een overstroming door maatregelen in het gebied te
nemen worden door de workshopdeelnemers meer kansen gezien. Hier valt te denken aan
compartimentering via nooddijken of het leeg laten stromen van een gebied via een
geforceerde bres.
1.5
Eisen aan een goede sluitingstechnologie
Volgens het ERDC dient een effectieve reparatietechnologie binnen de eerste 4 à 6 uur in
stelling te kunnen worden gebracht en dient ook onder ongunstige omstandigheden te
werken, waarbij zo gering mogelijke voorbereidingen op locatie en logistieke ondersteuning
gewenst is. De meest efficiënte sluiting wordt gekenmerkt door een zo kort mogelijke
voorbereiding. Voor de inzet van helikopters is het bovendien van belang lichtgewicht
materiaal/materieel in te kunnen zetten.
Rescio et al. (2009) onderscheiden bij het installeren van snelle reparatiesystemen vier
kritieke maten die het succes van de maartregelen bepalen.
Als eerste kritiek maat voor bresreparatie geldt de tijd die nodig is om een bresreparatie
systeem efficiënt in te kunnen zetten. Het Department of Homeland Security gaat in eerste
instantie van een tijdslimiet van 6 uur uit. Dit is de totaal beschikbare tijd vanaf het moment
van de melding van een (dreigende) bres tot aan het moment dat de stroming door de bres is
gestopt, ervan utgaande dat het systeem in het benodigde gebied ook beschikbaar is.
Vele gebieden zijn bij hoogwater over het land moeilijk bereikbaar. Ook het transport over het
water vergt veel tijd. Bovendien zijn bepaalde gebieden niet via schep routes bereikbaar. De
optimale plaatsing zal dan ook door de lucht via een helikopter moeten gebeuren met een
adequate behoefte aan “grondpersoneel” ter ondersteuning.
Een tweede kritieke maat is de effectieve inzet van het snelle reparatiesysteem in een bres
tijdens sterke stroming. De stroming door een bres hangt af van de diepte van de bres en het
waterstandsverschil aan beide kanten van de bres. In extreme situaties kan de
stroomsnelheid 6 m/s bereiken. De niet-stationaire krachten op het snelle reparatiesysteem
zullen daarom veel groter zijn dan de stationaire krachten. Een ander probleem is dat de
vorm van de bresperiferie relatief onregelmatig kan zijn en tijdens de sluitprocedure snel kan
veranderen. Bij het toepassen van stijve elementen voor het sluiten van bressen kan dit tot
problemen langs de bresranden leiden.
Een derde kritieke maat is de belasting die het snelle reparatiesysteem op de dijk aan beide
kanten van de bres uitoefent. Het is hoogstwaarschijnlijk dat de kwaliteit van de dijken die
aan de breslocatie aangrenzen door hetzelfde hoogwater aangetast is. Bij zulke dijken zal de
resterende weerstandsreserve dan ook zeer klein zijn. Sluitingssystemen en –methoden die
de krachten op aangrenzende dijken minimaliseren zijn dan ook beter geschikt dan diegene
die dit niet doen. Het systeem dient dus de afremming van de stroming over een bepaalde
tijdseenheid te verdelen en niet onmiddellijk te stoppen.
Een vierde kritieke maat is de complexiteit van het reparatiesysteem. Algemeen geldt dat hoe
complexer een systeem is de kans groter wordt dat het systeem gaat falen.
4 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Reparatiemethoden die een groot aantal op elkaar volgende handelingen verlangen zijn in
het veld vaak moeilijk in praktijk te brengen. Bij reparatiesystemen die uit vele componenten
bestaan zijn tevens gevoelig voor storingen.
Om een bres te kunnen sluiten moet tenminste aan twee criteria worden voldaan: het
systeem moet tijdens plaatsing en tijdens het hele interval dat de noodmaatregel in de
eindpositie moet kunnen functioneren in positie kunnen worden gehouden en mag niet door
de bres heen worden weggespoeld. Verder moet het systeem tegen de inwerkende krachten
weerstand kunnen bieden zonder te bezwijken, dat betekent zonder zijn functionaliteit te
verliezen.
Dit kan door
- ballast (het gewicht van het systeem is voldoende groot om weerstand tegen de
locaal werkende krachten te bieden);
- verankeringen (waarbij het systeem met het materiaal in de omgeving van de bres is
verbonden);
- ondersteuning door aangrenzende en daaronder liggende dijksecties.
De inzet van ballast vraagt een grote hoeveelheid gewicht om voldoende weerstand tegen
het stromende water te kunnen bieden. Dit maakt het transport via helikopters al snel
onmogelijk. Omdat water het meest voorkomende materiaal in de buurt van de bres is, biedt
het een voordeel om water als ballast toe te passen.
1.6
Relevante randvoorwaarden en aspecten
In het deltagebied ontstaat een bres bij slechte weersomstandigheden. De dijk zal dan vaak
niet of niet goed begaanbaar zijn. Riviervloeden daarentegen zijn lange golven die meerde
dagen aanhouden. De weersgesteldheid zal daar praktisch nooit extreem zijn zodat werken
aan de dijk ook redelijk goed moegelijk zal zijn. De vraag is: welke technische maatregelen
kunnen worden genomen op het moment dat een dijk doorbreekt?
Relevante aspecten / informatie die voor besluitneming een rol spelen zijn:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Benodigde informatie voor het kunnen nemen van een besluit
Waterstandsverschillen buiten-binnendijks (onder invloed van getijbewegingen)
Hydrodynamische impact van golven
Hydrologie
Geotechnische omstandigheden
Bereikbaarheid van de bres
Snelheid van de bresvorming, indien bekend
Omstandigheden waaronder maatregel moet worden uitgevoerd (tijdstip, weer)
Aanvoer/Beschikbaarheid van geschikte middelen (materiaal, materieel en menskracht)
op plaats en juist tijdstip
Technische haalbaarheid
Organisatorische haalbaarheid
Risico’s van de onderneming
Kans van slagen
Grootte van het inundatiegebied
Verder is het van belang dat de bres met redelijke zekerheid kan worden gedicht, zonder dat
langs de randen de bres weer uitgroeit. Het grootste gevaar is dat het water onder of langs
een in de bres afgezonken vulelement gaat stromen, met extra hoge snelheid. Op deze
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
5 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
plekken ontstaat dan extra veel erosie, waardoor de bres uiteindelijk verder in diepte en
breedte uitgroeit en de situatie niet meer beheersbaar wordt. Het is daarom van belang de
aansluitingen op de dijken aan weerszijden van de bres zo uit te voeren dat erosie zo veel
mogelijk wordt voorkomen.
Met de huidige technische mogelijkheden is het snel dichten van een bres tijdens hoogwater
nauwelijks mogelijk vanwege problemen met de op tijd beschikbaar hebben van materiaal en
materieel op de juiste locatie, problemen bij het ter plaatse komen bij de bres door
hindernissen in de uiterwaarden en het mislukken van de uitvoering vanwege hoge
stroomsnelheden.
6 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
2 Algemeen
Onder een dijkbres verstaat men het na een dijkbreuk in verschillende breukvorm
achterblijvende dijkgat. Dijkbreuken kunnen verschillende oorzaken hebben, die allemaal een
gevolg van overbelasting van de desbetreffende dijkdwarsdoorsnede zijn. Er zijn ook situaties
waar bewust een dijkbreuk door actieve insnijden in de dijk wordt geïnitieerd. Redenen
hiervoor zijn:
- ontlasting van een ander dijk die dreigt te bezwijken, waarbij de polder van de andere
dijk vanwege zijn grootte en bevolkingsdichtheid een hoger beschermingsniveau
heeft dan de in te snijden dijk;
- Openen van een hoogwaterontlastingspolder.
De grootte van een dijkbres is moeilijk vooraf in te schatten. Aan de hand van uiterlijke
kenmerken van de breuk wordt onderscheid gemaakt tussen:
“Kappensturz”: alleen de dijkkruin wordt meegesleurd. Deze vorm van beschadiging kan
optreden bij korte overstromingen of als een gang gemaakt van bijvoorbeeld mollen of
muskusratten in de kruin van de dijk van een talud naar het andere voert. Dor het
onmiddellijke afdichten van de doorstroomlocatie met zandzakken kan een vergroting van de
schade worden beperkt.
Gewone dijkbreuk: Hierbij wordt het gehele dijklichaam meegesleurd, maar de ondergrond
blijft onaangetast. Deze vorm van breuk treedt op bij slechte kwaliteit van het dijkmateriaal,
maar bij goede ondergrond zodat de bres zich niet tot aan de dijkbasis uitstrekt.
Stroombreuk: Hier wordt door de sterke stroming zowel de dijk als ook het voorland
weggetrokken.
Hydraulische erosiegrondbreuk: Dit is een gevolg van de stromingskracht en de opwaartse
druk van het grondwater. Dijkbreuk ontstaat als de opwaartse waterdruk groter is dan het
eigengewicht van de dijk bij de binnendijkse dijkteen.
Statische grondbreuk: Oorzaak hiervan is de het plotselinge bezwijken van de ondergrond.
De ondergrond kan de belasting door de dijk niet meer aan zodat de dijk gaat wegglijden.
Dijkbreuk bij de aansluiting van kunstwerken: De contactvlaktes tussen de gestorte dijk en de
in het algemeen gladde oppervlaktes van gemetselde of betonnen kunstwerken (bijv.
gemalen) vormen een potentiële gevarenzone. Door verschillen in zettingen van aardedijk en
kunstwerk kan bij hoogwater een lek ontstaan waardoor gronddeeltjes naar buiten kunnen
worden getransporteerd en uiteindelijk een gat in de dijk kan ontstaan.
Dijkbressen worden bij hoogwater met grote snelheid doorstroomt, zodat de randen van de
bres verder kunnen afbreken. Dit vormt een groot risico met acuut gevaar voor de mobiele
eenheden. Het is dus vaak zinvol eerst na het dalen van de waterstand de dijkbreuklocatie te
zekeren.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
7 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
2.1
Oorzaken voor bresvorming
Bressen in dijken worden veroorzaakt door de sterke krachten die het water op de dijk
uitoefent en de zwakheid van het dijkmateriaal zelf of de dijkbasis. Overloop en
sijpelen/piping zijn de belangrijkste oorzaken voor bresvorming in de VS. Bij grote
overstroming (lang en hoog waterstand boven kruin) en geen aanwezige taludbescherming is
het optreden van een bres zeer waarschijnlijk. De overstroming zal een lokale zwakke of laag
gelegen plek vinden waar het erosieproces wordt geïnitieerd. De stroming concentreert de
erosieve krachten en het bresvormingsproces versnelt.
Zandmeevoerende wellen zijn bij alle historische hoogwatersituaties in grote getallen
opgetreden. Deze kunnen leiden tot progressieve interne erosie die uiteindelijk de dijk zal
ondermijnen.
Figuur 2.1 Bezwijken van de Pin Oak dijk in Midwest. Zandzakken zijn op de kruin van de dijk geplaatst om de
stijgende waterstand tegen te houden.
Figuur 2.2 Overloop van een dijk over een groot gebied met op de voorgrond een potentiële bres
8 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 2.3 Bresvorming als gevolg van piping bij de Kaskaskia River (Illinois)
Figuur 2.4 Bezwijken van een hoogwaterkeermuur aan de 17th Street Canal, New Orleans
2.2
Fasen van bresvorming
Hanson, Cook & Hunt (2005) hebben de volgende vier fases van bresvorming tijdens
overtopping gedefinieerd:
Fase 1: begin van overstroming tot dat de erosie van de benedenstroomse kant is
voortgeschreden tot aan de rand van de kruin.
Fase 2: Deze fase eindigt als de erosie is voortgeschreden tot de bovenstroomse kant van de
kruin.
Fase 3: eindigt als de dijk tot aan de dijkbasis is geërodeerd.
Fase 4: verbredingsfase, eindigt als de bres is volledig gevormd.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
9 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
10 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
3 Maatregelen voor dijkverdediging
3.1
Maatregelen vóór begin van dijkdoorbraak
Verschillende provinciale instanties in Duitsland, Oostenrijk, Zwitserland hebben
handleidingen uitgebracht voor operatieve hoogwaterbeschermingsmaatregelen. Deze geven
instructies voor de organisatie van bewaking en verdediging van rivierdijken.
Verder zijn er beslissingsondersteunende leidraden uitgebracht voor het toepassen van
mobiele hoogwaterschermingssystemen (BKW 2011; Österreichische Bundesministerium für
Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft; Bundesamt für Wasser und
Geologie 2004). De systemen bestaan uit zandzakken, plaatsystemen, betonelementen, met
water of lucht vulbare slangsystemen, vouwsystemen, boksystemen en damsystemen.
In ‘Instruktion zur Deichverteidigung’ (2006) worden duidelijke instructies gegeven welke
maatregelen te nemen zijn voor extra
Van der Eijk (2002) heeft in zijn afstudeerrapport alternatieven voor de arbeidsintensieve
zandzakdijkversterking als tijdelijke waterkering onderzocht. Hier worden vier groepen
systemen onderscheiden: opblaasbare kokervormige geomembranen of plastic elementen,
celvormige systemen, staande systemen en snelwegbarrièreblokken. Aan de hand van een
case beoordeeld Van der Eijk de stabiliteit van de maatregelen m.b.t. wegglijden en kantelen
van de constructie.
In het rapport ‘Beperking overstromingsrisico’s Rijntakken (HKV & WL, 2003) is het gebruik
van tijdelijke versterkingen op grote schal geschetst. . Bij zulke maatregelen moet gedacht
worden aan het op grote schaal aanleggen van dijkverhogingen met behulp van zandzakken,
geobags, of andere systemen. Waar nodig zal dit moeten gebeuren in combinatie met
noodvoorzieningen om de kansen op afschuiving of piping zoveel mogelijk te beheersen. Ook
deze voorzieningen zullen op grote schaal nodig zijn. Relevante aspecten zijn:
- welke mogelijke typen tijdelijke versterkingen?
- geschiktheid
- beschikbaarheid van materiaal, materieel, arbeidspotentieel en tijd
- beschikbaarheid van draaiboek
Onderscheid moet gemaakt worden naar de volgende functies:
1. kruinverhoging, t.b.v. voorkomen van overloop en beheersing van overslag
2. voorkomen van afschuivingen of uitspoelen van dijkmateriaal
3. voorkomen van piping
3.1.1
Kruinverhoging
Voor tijdelijke kruinverhoging wordt vanouds gebruik gemaakt van kades van zandzakken.
Een voor de hand liggend alternatief voor kades van kleine zandzakken die handmatig
worden opgebouwd is het gebruik van “big bags”. Daarnaast zijn de laatste jaren
verschillende typen tijdelijke waterkeringsystemen ontwikkeld en op de markt gebracht [Van
der Eijk 2002]. Op hoofdlijnen gaat het om de volgende typen:
– celvormige systemen (met zand/grind gevuld), al dan niet onderling gekoppeld
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
11 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
–
–
–
–
–
met water geballaste celvormige of (flexibele) buissystemen
luchtgevulde buisvormige systemen
gesteunde staande constructies
in de grond verankerde paneelconstructies
betonnen blok-constructies
Over de bewezen effectiviteit van sommige van deze systemen bij gebruik op grote schaal is
niet zoveel bekend. Dit geldt met name voor met water of lucht gevulde (flexibele)
buissystemen en staande constructies. Een eerste indruk, kijkend naar fotomateriaal over
toepassingen van de systemen, is dat kleinschalige toepassingen worden beoogd in een
omgeving zonder golfslag. Bovendien zijn deze systemen kwetsbaar. Deze constructies lijken
vooralsnog niet voldoende (bewezen) betrouwbaar voor de toepassing als kruinverhoging
over lange afstand bij dijken.
Celvormige met zand/grind of ander zwaar materiaal gevulde systemen (al dan niet onderling
gekoppelde korfconstructies) worden naar verluidt momenteel ook wel gebruikt als onderdeel
van permanente waterkeringen [Van der Eijk 2002]. Goed beschouwd gaat het om met een
metalen of kunststof frame verstevigde zandzakken. Over de effectiviteit zijn niet zoveel
twijfels. Mogelijk kunnen er problemen ontstaan bij de aansluiting aan de ondergrond bij
oneffenheden. Mogelijk biedt het gebruik van met zandzakken geballaste folies bij de
aansluiting tussen de korven een de ondergrond soelaas.
Voor in de grond verankerde paneelconstructies moeten vooraf voorzieningen worden
getroffen. Dit maakt deze constructies duur. Over de effectiviteit van deze constructies is,
mits goed uitgevoerd en gedimensioneerd, weinig twijfel. Hoewel recentelijk wel een
doorbraak door bezwijken van zo’n constructie is voorgekomen, lijkt het toch een redelijk
beproefde techniek, waaraan goed gerekend kan worden.
Er zijn blok-constructies ontwikkeld die bestaan uit betonnen elementen voorzien van nokken
en uitsparingen die op en naast elkaar kunnen worden gestapeld. De waterdichtheid van zo’n
muur wordt verkregen door aan de buitenkant geballaste folie of geomembranen aan te
brengen. Ook deze constructies lijken erg robuust, maar voor de opbouw is een stevige
vlakke ondergrond nodig.
Voor al deze constructies geldt dat voldoende materiaal aanwezig moet zijn op het ogenblik
dat ze aangebracht moeten worden. Voor de beoogde grootschalige toepassing (tientallen tot
een of enkele honderden kilometers) dijkverhoging betekent dit dat of grote voorraden
worden aangelegd of men er zich van vergewist dat die voorraden elders beschikbaar zijn en
in voldoende korte tijd kunnen worden aangevoerd. Voor de opties “zandzakken” en
“geobags” geldt dat met een betrekkelijk kleine investering voldoende zakken in voorraad
kunnen worden gehouden. Aangenomen wordt dat vulmateriaal (zand) altijd voldoende
beschikbaar is. Dit is geen vanzelfsprekend gegeven, voor 0.5 m tijdelijke verhoging over 300
km is 300.000 m 3 zand nodig; vergelijk dit met de dagproductie van zandwinning in
Nederland van ca. 250.000 m 3 (globaal geschat uit de jaaromzet van zandwinning in
Nederland: 313 Mln. Euro in 2000, bron CBS).
Beschikbaarheid materieel en arbeidspotentieel. Een tentatieve schatting is dat voor het
realiseren van 100 km tijdelijke dijkverhoging met behulp van zandzakken in twee etmalen de
inzet nodig is van 200 zandauto’s en totaal 5000 man personeel (uitgaande van
12 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
ploegendiensten, 8 uur/etmaal). Voor het plaatsen van big bags of betonblokconstructies is
minder mankracht nodig, naar schatting 2000, maar is het dubbele aan materieel nodig.
Tenslotte de kosten: in onderstaande tabel 3.1 zijn indicatieve richtprijzen per km lengte
gegeven voor een dijkverhoging van 1 m (tenzij anders vermeld).
Type
Zandzakken 1)
Geobags, big bags 2)
Korfconstructies
Paneelconstructies
Betonblok-constructies
1)
bron: globale berekening
2)
bron: par 7.1.2 dit rapport (HKV & WL, 2003)
Tabel 3.1
Prijsindicatie per 1 km lengte
voor 1 m verhoging, tenzij anders vermeld
120.000 Euro (0.50 m verhoging)
70.000 Euro (0.50 m verhoging)
90.000 Euro (incl. 30.000 Euro vulmateriaal)
750.000 Euro
200.000 Euro
Richtprijzen tijdelijke waterkeringsystemen (omgerekend uit bron: [Van der Eijk 2002])
Om erosie tegen te gaan kan geotextiel of folie op het binnentalud worden aangebracht. Folie
verdient te voorkeur, omdat hiermee voorkomen wordt dat het water in het talud infiltreert. Het
geotextiel of folie dient op de kruin en bij de binnenteen te worden geballast om wegspoelen
tegen te gaan en om te voorkomen dat water onder het folie gaat stromen
Indien in een situatie met overslag een langsscheur in de kruin of het binnentalud wordt
waargenomen dient deze uiteraard zo snel mogelijk te worden afgedekt met een
ondoorlatend geomembraan. Dit membraan voorkomt dat water in de scheur, en dus in de
dijk, stroomt. Op plaatsen waar wordt verwacht dat gemakkelijk water in de dijk kan infiltreren,
doordat bijvoorbeeld de bekleding onvoldoende dicht is, verdient het sterke voorkeur
scheurvorming te voorkomen door vroegtijdig de gehele kruin en het binnentalud af te dekken
met een ondoorlatend geomembraan.
3.1.2
Voorkomen van afschuivingen
Onderscheid moet gemaakt worden tussen:
a) oppervlakkige afschuivingen of erosie van het binnentalud als gevolg van overstromend
water. Noodwaterkeringen, zoals zandzakkades etc., zullen nooit volledig waterdicht zijn.
Het is dan ook zaak te voorkomen dat doorsijpelend water de gelegenheid krijgt via de
binnenkruin en het binnentalud in de dijk te dringen. Dit leidt immers tot toename van de
verzadigingsgraad van het binnentalud, waarvan afschuiving van de bekledingslaag, of
een diepere afschuiving, het gevolg kan zijn. Wanneer als gevolg daarvan ook de
noodwaterkering wordt ontzet, kan een moeilijk te stoppen keten van
bezwijkmechanismen ontstaan die tot doorbraak leidt.
b) Diepe afschuivingen, die veroorzaakt worden door verzadiging van het dijklichaam als
gevolg van infiltratie via het buitentalud, of door opdrijven van het grondlagenpakket aan
de binnenzijde van de dijk door hoge potentialen in de pleistocene zandlaag onder de
dijk.
Ad a: Oppervlakkige afschuiving/ erosie binnentalud
De kans op infiltratie van het binnentalud door overstromend lekwater kan verkleind worden
door het aanbrengen van ondoorlatende folies. Bij gebruik van tijdelijke noodwaterkeringen is
het zonder meer raadzaam om in elk geval de binnenkruin van de dijk en het bovenste deel
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
13 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
van het binnentalud af te dekken. De folies moeten uiteraard zodanig aangebracht worden
dat het water dat door de noodkering heen lekt niet onder de folies door kan stromen. Zeker
wanneer zich al afschuivingen hebben voorgedaan is het zaak het onbeschermde talud goed
af te dekken.
Ad b: Diepe afschuivingen
Deze worden veroorzaakt door hoge waterspanningsrespons in de dijk en/of ondergrond op
de waterstandsontwikkeling in de rivier. De recente locale neerslaggeschiedenis voorafgaand
aan de hoogwatergolf heeft, bij kleidijken, een grote invloed op de initiële verzadigingsgraad
van de dijk en daarmee op de kans op het ontstaan van afschuivingen.
Maatregelen in de preventieve sfeer kunnen alleen effect sorteren wanneer ze generiek
worden toegepast, dat wil zeggen over grote strekkingen. Een voorbeeld daarvan is het
verlagen van slootpeilen achter de dijk; dit kan een positief effect hebben op de stabiliteit.
Overigens ook een negatief effect m.b.t. zowel stabiliteit als piping. Bovendien zijn de
mogelijkheden en dus de effecten vaak marginaal. Het is altijd nodig eerst de verwachte
effecten te analyseren. Het aanbrengen van tijdelijke steunbermen heeft zeker positieve
effecten op de stabiliteit, maar is vanwege het ervoor benodigde materiaal en de inspanning
praktisch niet als preventieve maatregel op grote schaal uit te voeren. Denkbaar is dat het op
grote schaal afdekken van het buitentalud met folies een gunstig effect heeft op de
ontwikkeling van (freatische) waterspanningen. Of deze maatregel dit effect sorteert en hoe
betrouwbaar dat is, is nooit onderzocht.
De conclusie is dat er vooralsnog geen betrouwbare maatregelen zijn die op grote schaal
preventief toegepast kunnen worden in een hoogwatersituatie om de stabiliteit te waarborgen
van dijkstrekkingen die structureel onvoldoende veilig zijn. Een effectieve maatregel, zoals
tijdelijke aanberming, leent zich alleen voor preventieve toepassingen op beperkte schaal (op
locaties waarvan bekend is dat er evidente stabiliteitsproblemen te verwachten zijn) of voor
toepassing in de schadebeperkende sfeer (waar zich een afschuiving aangekondigd heeft).
3.1.3
Voorkomen van piping
Met betrekking tot het mechanisme piping geldt ongeveer hetzelfde als voor diepe
afschuivingen. Wanneer de veiligheid tegen piping structureel onvoldoende is zijn er soms
mogelijkheden voor preventieve maatregelen zoals tijdelijk dempen van sloten, of het
opzetten van waterpeilen binnendijks. Dit kunnen effectieve maatregelen zijn, hoewel de
eerste al minder geschikt lijkt voor toepassing op grote schaal.
Noodmaatregelen zijn pas aan de orde nadat opbarsten van de toplaag is geconstateerd.
Praktisch gesproken zijn er geen voor de hand liggende noodmaatregelen om opbarsten te
voorkomen, (anders dan het op grote schaal aanbrengen verhoging op het maaiveld of in
watergangen). Wellen aan het maaiveld, die ontstaan na het opbarsten van de toplaag, vallen
op door productie van kwelwater. Wellen in sloten of andere watergangen manifesteren zich
door opborrelen. Dit is ook vanuit de lucht en met remote sensing technieken waar te nemen.
Noodmaatregelen zijn niet altijd noodzakelijk. Alleen als een wel zand meevoert (“vuile kwel”),
dient actie te worden ondernomen. Schone wellen moeten wel voortdurend worden
geïnspecteerd zolang de buitenwaterstand hoog blijft. Het is meermaal gebleken dat na
verloop van tijd alsnog zand wordt meegevoerd.
De oorzaak van kwel kan worden verminderd door het potentiaalverschil tussen de rivier en
de polder te verkleinen. Bij wellen in watergangen achter de dijk kan dit door het opzetten van
het waterpeil. Verhoging van slootpeilen kan overigens een negatieve invloed hebben op de
14 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
macrostabiliteit, wanneer het freatisch niveau in de dijk hierdoor wordt beïnvloed.Eventuele
ongunstige beïnvloeding van de macrostabiliteit bij het opzetten van slootpeilen moet van te
voren zijn onderzocht.
Bij wellen op het maaiveld kan dit effect worden bereikt door het aanleggen van kwelkaden of
het zogenaamde opkisten van individuele wellen.
Een andere optie bestaat uit het afdekken van wellen met geballast filterdoek. Dit vermindert
in beginsel niet de kwel, maar wel het uitstromen van meegevoerde zanddeeltjes.
3.2
3.2.1
Maatregelen tijdens dijkdoorbraak
Grondstoffen voor het sluiten van een bres
Mogelijk inzetbare grondstoffen zijn:
- zand
- grind
- steen
- klei
- beton
- water
- folie
- dekzeil
- polymeren (Super Absorbent Polymer (SAP))
- staal
- hout
- afval
Deze kunnen in verschillende vormen met verschillende vullingen worden toegepast:
- zakken
- worsten
- blokken
- gabions
- caissons
- schepen
- damwanden
Voor het plaatsen van de verschillende sluitingsoplossingen kan gedacht worden aan:
- hijskraan
- vrachtwagen
- helikopter
- kabelbaan
- ponton
- dumpship
- mensen
- (persleiding)
3.2.2
Eerder literatuuronderzoek en studies
Joore (2004) heeft in zijn afstudeerrapport gekeken naar sluitingsvormen met zandzakken,
zandworsten, damwanden, caissons en schepen en deze beoordeeld op een aantal criteria
zoals beschikbaarheid, kosten waterdichtheid en stabiliteit. De noodsluiting door middel van
damwanden wordt hier nader onderzocht.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
15 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Markwat & De Vos (2008) hebben in opdracht van het waterschap Hollandse Delta bureau
onderzoek uitgevoerd naar operationele oplossingen voor het zo snel mogelijk sluiten van
stroomgaten in primaire waterkeringen. Door middel van een multicriteria-analyse wordt
gekeken welke oplossingen kans op slagen hebben. Verder wordt gekeken naar het ontwerp,
waterdichtheid, stabiliteit en benodigd materiaal en materieel. Om de verschillende ontwerpen
te kunnen vergelijken zijn de methodes aan de hand van een case toegepast. De
uitvoeringsmethoden zijn beschreven Hierin komen ook de benodigde materialen, de
sluitingstijd en de risico’s aan bod. Verder hebben Markwat & Vos een draaiboek voor het
waterschap geschreven inclusief een stappenplan die moet worden doorlopen bij een
dijkdoorbraak.
3.3
Maatregelen na dijkdoorbraak
Maatregelen ter herstel van de dijk na dijkdoorbraak zijn o.a. beschreven in het rapport
“Deichsanierung” (Haselsteiner, 2003).
16 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
4 Bestaande technieken
4.1
Nooddijk
Als een lokale schadeplek in de dijk niet meer kan worden gerepareerd en geen mogelijkheid
meer bestaat de dijkbreuk te voorkomen, kan op een geschikte plek in de polder een lokale
nooddijk met zandzakken of een grondstorting tot aan de hoogte van de dijkkruin worden
opgeworpen. Geschikte locatie zijn hoger gelegen locaties in het terrein zoals bijvoorbeeld
wegen. Alternatief kan ook een slaapdijk worden gereactiveerd. Naast het opwerpen van een
dijk kunnen ook andere mobile hoogwaterbeschermingsinstallaties worden toegepast.
Het bouwen van een locale nooddijk over grote lengtes vergt veel mankracht, veel materieel
en tijd.
De nooddijk kan uit beschikbare grondsoorten (zand en grind) worden opgebouwd, grof
geprofileerd en met een geogritfolie worden afgedekt.
Bij doorlatend stortmateriaal dienen folies ter afdichting te worden toegepast. Is dijkdoorbraak
niet meer te voorkomen kan ook een nooddijk in het achterland worden opgeworpen of
slaapdijken kunnen worden gereactiveerd.
4.2
Inzet van schepen of pontons
Schepen zijn in het verleden in het binnen- en buitenland toegepast om een bres te sluiten.
Het effectief sluiten van een bres bij de dijkdoorbraak bij Krimpen aan de IJssel in 1953 is hier
reen goed voorbeeld van. Bij Oudenkerk aan den IJssel ontstond een diep gat, een wiel, van
7,50 m onder NAP en de polder Kromme, Geer en Zijde stroomde vol (1100 ha, tot 1m boven
polderpeil). De zwaar bestorte voet van de steenglooiing bleef tot een hoogte van ongeveer
gewoon hoogwater staan. Bij de kentering van het getij werden twee in de nabijheid gelegen
schepen voor het gat gesleept en tegen deze voet tot zinken gebracht. Achter de schepen
werd een afdoende kering met zandzakken opgebouwd.
In Nieuwerkerk aan den IJssel bij het gemaal van de polder Esse, Gans-en Blaardorp
ontstond een gat van 15 meter. Het graanschip de ‘Twee Gebroeders’ werd tegen de dijk
gezet, “als ware het een sluisdeur”. Het gat achter het schip werd met zandzakken en
dekzeilen gevuld. Een zes meter diep wiel werd later met zand gedicht.
Figuur 4.1 Sluiten van een bres in Krimpen aan de IJssel in 1953 met het schip ‘De Twee Gebroeders’ (Bron:
Groene Hart Archieven)
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
17 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Het schip wordt met behulp van eigen aandrijving direct in de bres gevaren. Een directe
volledige waterdichte afsluiting is vaak niet haalbaar. Kleine stroomgaten die overblijven
zullen met behulp van zandzakken of granulair materiaal verder moeten worden gedicht. De
beschikbaarheid van schepen is met name op rivieren een voordeel. Het kunnen
manoeuvreren bij hoge stroomsnelheden is een punt van aandacht, maar de eigen
aandrijving heeft voordelen tegenover pontons. De aanwezigheid van voorland en een
instabiele ondergrond zijn hier van negatieve invloed.
Aandachtspunten:
•
Welke bevoegdheden zijn nodig om schep hiervoor te mogen inzetten (vordering)?
•
Welke schepen lenen zich voor ad hoc inzet en welke bemensing is nodig?
•
Ervaring met navigeren/manoeuvreren in de buurt van een bres bij hoge snelheid;
•
Aanleg van overnachtingshavens op bepaalde afstand om kans te vergroten dat een
geschikt schip in de buurt van de bres aanwezig is;
•
De goede informatie uit schepenvolgingssysteem halen (lengte, lading, ligplaats);
•
Ponton moet voldoende overmaat hebben t.o.v. bresbreedte;
•
Ponton bovenstrooms neerleggen en bij hoogwater laten meestromen;
•
Pontons kunnen functioneel worden ingericht (big-bags, kraan).
4.3
Inzet van caissons
Caissons zijn drijvende, hole bakken van staal of beton. Na de watersnoodramp van 1953 zijn
meerdere zeearmen en stroomgaten met behulp van caissons afgesloten. Caissons worden
geplaatst bij kentering van het getij.
Caissons moeten van tevoren worden vervaardigd en dienen met behulp van schepen en
hulpconstructies (ankers en lieren) aan de laats van bestemming te worden gebracht, omdat
zij niet zelfaandrijvend zijn. Caissons dienen parallel aan de dijk in het stroomgat te worden
gemanoeuvreerd. De gaten die na het plaatsen nog niet gedicht zijn kunnen met behulp van
een uitkragende damwandconstructie aan de kop van het caisson, een zogenaamde
guillotine, of met behulp van zandzakken worden gedicht. De sluiting van de bres bij
Oudenhoorn in 1953 werd met behulp van zo’n guillotine-caisson uitgevoerd.
Figuur 4.2 Oudenhoorn; Dichten van het stroomgat met een caisson, 26 februari 1953 (Bron: streekarchief-vpr.nl)
18 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.3 Transport van de caisson door het kanaal van Voorne richting Oudenhoorn (Bron: streekarchief-vpr.nl)
Figuur 4.4 Dichten van het stroomgat (Bron: streekarchief-vpr.nl)
Als een caisson groter dan het te dichten stroomgat is zal de caisson tegen de dijk worden
aangelegd, wat een extra belasting van de dijk kan vormen.
Het transport en de voorbereidingen voor het plaatsen van de caisson nemen veel tijd in
beslag. Een alternatief, want vaker beschikbaar, vormen duwbakken.
4.4
Inzet van zeecontainers
Marwat en De Vos hebben een verkenning gedaan of zeecontainers geschikt zijn om een
bres te dichten. Berekeningen hebben uitgewezen dat bij gebruik van zeecontainers
evenwijdig aan de lengte-as van de dijk een zeer groot gewichtmoet worden bereikt, als aan
stabiliteit tegen horizontaal afschuiven en kantelen moet worden voldaan. Om de stabiliteit te
kunnen waarborgen dienen de containers daarom te worden geballast. De grootse weerstand
tegen afschuiven wordt bereikt door het plaatsen van de containers haaks op de lengte-as
van de dijk. Om de stabiliteit en waterdichtheid te vergroten wordt aanbevolen de containers
aan elkaar te koppelen. Voor het plaatsen dient gebruik te worden gemaakt van mobiele
kanen. Een probleem bij de containers is de plaatsingsonnauwkeurigheid. Omdat de
containers met waterdichte afsluiting met de ondergrond vormen, zal er een zekere mate van
onderloopsheid optreden. Bovendien zullen er bij een brede bres – gezien de geringe breedte
van een container - veel containers geplaatst moeten worden, waardoor de snelheid van
sluiten afneemt.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
19 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
4.5
4.5.1
Inzet van helikopters
Bres verstoppen met hoogspanningsmasten, “Panzerigel” (Czech hedgehog; anti-tank
hedgehog; tank trap) of betonblokken.
Figuur 4.5 Dijkbreuk ten oosten van Meuselko (Landkreis Wittenberg)
Figuur 4.6 Doorbraak aan de Schwarzen Elster tussen Premsendorf en Meuselko (Foto: H.-J. Kuhn)
Figuur 4.7 Helikopter bij dijkbreuk bij Meuselko
Bij het hoogwater aan de Schwarzen Elster in Sachsen-Anhalt (Duitsland) is een bres in de
dijk gesloten door het verankeren van twee oude hoogspanningsmasten dwars in het gat.
Hierdoor konden zandzakken zo worden gepositioneerd dat zij niet meer door het stromende
20 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
water konden worden weggespoeld. De masten zijn met helikopters van de Bundeswehr naar
de plaats van doorbrak gevlogen.
Aandachtspunten:
•
Terrein voor opslag betonblokken, anti-tank hedgehogs of hoogspanningsmasten
moeten beschikbaar worden gemaakt;
•
Tijd om betonblokken vast te maken en te lossen lijkt maatgevend te zijn. Tijd kan
worden gewonnen door staalkabels van tevoren aan betonblokken te bevestigen;
•
Aantal in te zetten helikopters beperkt, gaan eventueel elkaar bij het lossen verdringen.
4.6
4.6.1
Gebruikelijke methodes uit China
Algemeen
In het geval van een grote waterdiepte, een hoge stroomsnelheid en een hoge waterstand
dient de bresbreedte en stroomsnelheid eerst te worden verminderd door het plaatsen van
een schip of een kofferdam in de vorm van een halve maan. Pas erna kan de
sluitingstechniek worden toegepast.
Figuur 4.8 Provisorische bressluiting door het invaren van een barkas in de bres
4.6.2
Gat vullen met grond, stenen en rotsblokken
De eenvoudigste methode is het sluiten van de bres met zandzakken en rotsblokken. De
methode kan worden toegepast tot stroomsnelheden van 2 m/s en in waterdiepten tot 5 m.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
21 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.9 Shaanxi Province (Rove River and Weihe River in Shaanxi Province Huayin City) embankment breach
closure
Door continu massatransport (stenen voor wegenbouw) en het gebruik van door middel van
prikkeldraad gebundelde zandzakken kon de ca. 80 m brede bres in de Rove River Dam na
ca. 60 uur worden gesloten.
Figuur 4.10 Provisorische sluiting van een bres in een dijk bij Dalian City, provincie Liaoning in China, door het
dumpen van stenen en beton (augustus 2011)
4.6.3
Gat vullen met behulp van met stenen gevulde draadkorven
Deze methode is gebruikelijk bij een stroomsnelheid van 5 m/s, een waterdiepte van 6 m en
een verval van 3 m.
4.6.4
Bres dichten met combinatie uit stalen en houten palen, zandzakken en rotsblokken
Deze methode heeft zich onder ander bewezen bij de dijkbreuk langs de Hutouo River South
Dike in augustus 1996 (bresbreedte 164 m) en langs de Yangtze River tijdens het hoogwater
in 1998 (bresbreedte 64 m). Onderstaande figuren documenteren de bressluiting langs de
Yangtse River. Deze methode is gebruikelijk bij een stroomsnelheid 3 m/s, een waterdiepte
van 3 à 6m en een verval van 1,5 m.
Figuur 4.11 Dijkbreuk (City Defence Dyke in Jiujiang City)
22 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.12 De breedte van de bres wordt eerst verkleind door het in de grond boren van schepen
Figuur 4.13 Vanuit het in de grond geboord schip worden zandzakken en rotsblokken in het gat gegooid
Figuur 4.14 Stalen en houten palen worden vanuit de bresranden met mankracht in de grond geheid en met elkaar
tot een soort skeletsysteem verbonden.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
23 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.15 De paalskeletconstructie groeit naar het midden van het gat toe
Figuur 4.16 Sluiting van de skeletconstructie
Figuur 4.17 Zandzakken en rotsblokken worden in de skeletconstructie gegooid om de bres te dichten
24 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.18 Nadat de bres is afgedicht, wordt een nooddijk uit zandzakken opgebouwd.
Figuur 4.19 De bres is gesloten en de nooddijk is gereed
1. Cut-off waterside banquette
2. Stone retaining steel pipe fence
3. Sunken boat
4. Underwater throwing-soil blanket
5. Steel and wood structure combination dike
6. Anterior waterside banquette top of the stone bags
7. Temporary section line
8. Scouring hole and pond filling and foundation reinforcement
Figuur 4.20 Dwarsdoorsnede door de dijkbresnoodafdichting
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
25 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
4.6.5
Compound box-shaped configuration
Nog niet gevalideerd is een methode waarbij meerdere meet grond of stenen gevulde bakken
tot een groep worden verbonden. De bakkengroep wordt naar de breslocatie gevlot en
opgeblazen om te laten zinken en uiteindelijk een dichte dam te vormen (persoonlijke
mededeling Yao Qiuling).
4.7
PLUG (Portable Lightweight Ubiquitous Gasket)
Sinds 2007 stelt het Department of Homeland Security een fonds ter beschikking voor een
initiaalfase ter ontwikkeling van snelle reparatiemethoden voor dijkbressen (Rapid Repair of
Levee Breaching, RRLB). IN een tweede fase zijn meerdere van deze concepten in
grootschalige proeven in Stillwater (Oklahoma) gedemonstreerd.
Het U.S. Army Engineer Research and Development Center (ERDC) en het Department of
Homeland Security (DHS) hebben in een full-scale experiment een technologie
gedemonstreerd om dijkbressen in korte tijd te kunnen dichten. De PLUG is een hoogvaste
textile slang met hoge sterkte, die met water uit de omgeving gedeeltelijk kan worden gevuld
en met het stromende water mee in de bres wordt gemanoeuvreerd om de bres te dichten.
Het PLUG systeem bestemd voor inzet binnen de kritieke 4 à 6 uur na begin van
bresvorming. Dit is de kritieke tijdspanne de bres te kunnen afdichten voordat de bres
uitgroeit tot een grote, verwoestende overstroming met grote verliezen.
PLUG kan in relatie smalle, diepe bressen worden toegepast. ERDC ontwikkelt ook
ontwerpen voor het toepassen in lange, ondiepe bressen. De productiekosten worden
geschat op ca. USD 100.000.
De full-scale demonstratieproef werd uitgevoerd in een 40 ft brede, 8 ft diepe dijkbres. De
testfacilitiet bestaat uit een drie-traps systeem van bassins met een waterreservoir van 2,2
miljoen gallonen water. De test-PLUG had een lengte van 100 ft en was 15 ft breed en kon
binnen 45 minuten via pompen met water worden gevuld. Voor transport kan de textiele slang
worden opgevouwen. Voor het manoeuvreren van de PLUG en afdichten van de bres dienen
meerdere leidtouwen langs de breslocatie te worden aangebracht. De PLUG beweegt met
het stromende water mee en wordt met behulp van de touwen in positie gebracht. Binnen 90
seconden werd het gat effectief tegen stroming afgedicht.
Figuur 4.21 Full-scale test bassin
ERDC ontwikkelt ook een boogvormig ARCH systeem. Voor dit systeem wordt hetzelfde
geotextiel toegepast en met water gevuld. ARCH wordt toegepast als tijdelijk kofferdam. In
26 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
combinatie met PLUG kan ARCH het hoogwater keren terwijl het PLUG-systeem wordt
leeggemaakt, zodat permanente reparatiemethoden kunnen worden toegepast.
Figuur 4.22 Early tests of the ARCH showing its capability to seal the area around a breach to allow the PLUG to be
emptied and removed before permanent repairs commence.
4.8
AquaDam®
De AquaDam® is een watergevuld buissysteem dat al tijdens het vullen wordt uitgerold. In
tegenstelling tot andere vergelijkbare systemen wordt de AquaDam® pas verder uitgerold en
gevuld als het eerder uitgerolde deel zijn waterkerende functie vervult, waardoor de dam
direct stabiel is en ook in diep, stromend water kan worden geplaatst. De met water gevulde
constructie is op zichzelf stabiel. Het is niet nodig de dam te verankeren om tijdens het
plaatsen een stabiele constructie te hebben.
Figuur 4.23 Principe AquaDam®
De AquaDam® is een mobiele kofferdam die op locatie kan worden aangebracht die gebruik
maakt van het aanwezige water om het water te keren. Hij bestaat uit drie tubes. De buitenste
tube bestaat uit een stevig geotextiel van polyethyleen om de dam tegen belastingen bestand
te maken. Wanneer de binnenste twee tubes gevuld zijn met water maken deze contact met
de buitenste tube. Door dit onderlinge contact ontstaat wrijving, waardoor de stabiliteit van de
constructie gewaarborgd blijft.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
27 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
De AquaDam® is leverbaar in lengtes tot 100 m. Koppelingen tussen meerdere AquaDam®s
zijn mogelijk. Naast standaardafmetingen zijn op aanvraag ook andere afmetingen leverbaar.
De grootste standaard AquaDam® is in staat om een waterhoogte van meer dan 4 m te
keren.
AquaDam® is in verschillende uitvoeringen leverbaar: ‘open ended’, ‘closed ended’, ‘double
closed ended’ en baffled’. De ‘open ended’ uitvoering is in principe een zak met openingen
aan beide zijden. De zak is niet af te sluiten. Om de zak te kunnen vullen met water dienen
de uiteinden hoger te liggen dan de zak zelf, waardoor het uitstromen van het water wordt
voorkomen. Voor het vullen dient de dam eerst volledig te worden uitgerold. Dit type dam
wordt toegepast om kanalen tijdelijk af te sluiten. De ‘closed ended’ zak is aan één zijde
afgesloten, wardoor slechts één deel hoger geplaatst dient te worden. De dam dient niet van
tevoren te worden uitgerold maar rolt zichzelf tijdens het vullen uit. Aan het gesloten einde
van de zak kunnen meerder AquaDams® aan elkaar worden gekoppeld.
Figuur 4.24 Open-ended AquaDam®
Figuur 4.25 Double closed-ended AquaDam®
28 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
‘Double closed ended’ AquaDams® zijn aan beide zijden gesloten waardoor de uiteinden niet
hogerop hoeven geplaatst te worden. Het vullen gebeurt door middel van vul-openingen die
zich aan de bovenzijde van de AquaDam® bevinden. Aan beide zijden van de dam zijn
verbindingsstukken aangebracht om de dammen te kunnen koppelen.
Het type ‘baffled’ AquaDam® heeft tussen de twee binnenste tubes een extra
stabiliteitsscherm van geotextiel, waarmee grotere belastingen kunnen worden opgenomen.
Hierdoor kan de ‘baffled’ dam een waterhoogte keren die gelijk is aan zijn eigen
constructiehoogte. Bij de andere AquaDam® types dient het water onder de top te staan om
de veiligheid van de constructie te kunnen garanderen. Uit testen is gebleken dat de
AquaDam® ook stabiel blijft bij waterstanden hoger dan zijn eigen hoogte. Hoewel het
stijgende water de dam omhoogduwt, zorgt het stabiliteitsscherm voor een stabiele kering.
Figuur 4.26 Baffled AquaDam®
Figuur 4.27 Double Closed-ended Baffled AquaDams®
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
29 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Toepassing: De AquaDam® is in 2004 in Arcata (VS) toegepast bij een dijkdoorbraak met
bresgroei. De bres (lengte 50 m), die een gevolg was van een stormvloed op zee, werd met
een ringdijk van AquaDam®s gesloten. De ringdijk heft twee maanden zijn waterkerende
functie verricht. De totale lengte van de AquaDams® bedroeg drie keer de breedte van de
bres. Om de stabiliteit van de AquaDams® te vergroten heeft men aan de polderzijde een
grondlichaam aangebracht.
Transport: Een kleine AquaDam® van 30 m lang en 75 cm hoog kan door twee personen
worden gedragen. De grootste versie dient met behulp van een vrachtwagen of een
helikopter te worden aangevoerd. Het plaatsen van de AquaDam® in de container gebeurt
met en vorkheftruck of een mobiele kraan. Voor het transport is de dam vaak ingepakt in folie
of doek om beschadigingen te voorkomen. De bereikbaarheid van het gebied en de plaats
waar de AquaDam® komt te liggen is van belang voor het kraantype. Bij een goede
bereikbaarheid kan de AquaDam® direct naast de loslocatie worden afgerold. Voor het
lossen van de dam voldoet een mobiele of rupskraan.
De AquaDam® wordt opgerold vervoerd. Hij is opgerold rond een houten of stalen balk,
waardoor het afrollen eenvoudiger kan plaatsvinden. Er is in beperkte mate getraind
personeel nodig. Een getrainde leidinggevende voldoet. Het overig materiaal en materieel
bestaat uit waterpompen, aggregaten om de pompen aan te drijven en touwen om het
afrollen soepel te laten verlopen en bochten te maken.
Om het vulproces te vergemakkelijken begint de plaatsing van de AquaDam® meestal vanaf
een hogere positie, waarbij de dam tot aan het water wordt afgerold. Daarna wordt begonnen
met het vullen van de dam. Het gebruik van touwen is van belang om de dam in de gewenste
vloeiende lijn aan te kunnen leggen en om het afrollen gecontroleerd te laten verlopen. Indien
geen gebruik van touwen wordt gemaakt bestaat de kans dat de dam gaat wegdrijven. Door
meerder pompen te gebruiken voor het vullen van de tubes kunnen de tubes met
verschillende snelheid worden gevuld, waardoor het mogelijk is om een bocht te maken. Als
tijdens de installatie is het mogelijk over de dam heen te lopen. De koppeling van AquaDam®
is zelfs in stromend water in situ te realiseren. De koppeling wordt gemaakt door de
vulopeningen van de nieuw aan te leggen dam door de openingen van de reeds aangelegde
dam heen te trekken. De nieuwe AquaDam® rust dus voor een klein deel op de eerder
aangelegde damde overlapping zorgt voor een waterdichte aansluiting tussen de dammen en
de ondergrond.
Voor het vullen van de dam kan gebruik worden gemaakt van eenvoudige pompen. Via de
vulopeningen kunnen meerdere pompen of waterslangen worden aangesloten, waardoor de
vulsnelheid aanzienlijk wordt verhoogd.
De wrijving met de ondergrond is van invloed op de mate waarin de tube wegschuift of
kantelt. Ook de wrijving tussen de drie tubes onderling zorgt ervoor dat een stabiele
constructie wordt gerealiseerd. Bij een ‘baffled’ dam bevindt zich tussen de twee binnenste
tubes nog een stabiliteitsscherm, die er voor zorgt dat de waterdruk de binnenste tubes
minder in kan drukken. De grootste ‘baffled’ AquaDam® heeft een breedte van bijna 10 m,
een waterkerende hoogte van ruim 4 m en een lengte van 30 m.
Om de stabiliteit van de AquaDam® te vergroten kan een tweede dam parallel aan de eerste
dam worden aangebracht. Ook kan een grondlichaam aan de polderzijde worden
aangebracht ter bevordering van de stabiliteit.
30 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
De toepasbaarheid van de AquaDam® is zowel in diep als in ondiep water verscheidene
malen bewezen. Bij de installatie in snel stromend water is het van belang dat in de
AquaDam® altijd voldoende druk wordt opgebouwd voordat deze verder wordt uitgerold.
Toepassing AquaDam® at Arcata Slough in Humboldt County, CA 2004. Het moerasgebied
staat onder getij-invloed van de Pacific.
Figuur 4.28 AquaDam® noodinstallatie bij bres in Humboldt Bay (lengte 48 m). De AquaDam® (137 m lang en 2,5
m hoog) werd in drie secties aangebracht. Als gevolg van de geringe stabiliteit van de resterende dijk en
vanwege de breslocatie (naast een bocht)werd een bypass over een grotere sectie uitgevoerd.
Figuur 4.29 Bij laag water stroomt het water uit het moerasgebied met grote snelheid. Het zich vormende kanaal is
circa 2 m dieper dan het omringende gebied. De dijkbresdiepte is circa 3,6 m. Als gevolg van het getij
stroomt het water vier keer per dag in en uit de dijk, waardoor het gat steeds dieper erodeert.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
31 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.30 Om het snel stromende water beter te kunnen afsluiten moest eerst en platvorm worden gebouwd, die
de AquaDam® diende te ondersteunen. De aanwezige modder werd in de buitenhuid van de AquaDam®
gevuld. Het hele kanaal werd afgedicht met meerdere slangen van modder.
Figuur 4.31 Een gedeeltelijk met water gevuld AquaDam® zit boven de (met modder afgedekte) modderplaatvorm
Figuur 4.32 Deze 8' x 200' AquaDam® vormt een boog in richting van een 8' x 100' AquaDam® bij de andere oever.
32 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.33 The remaining 150' AquaDam® is being carried out through the flooded fields to close off the section
between the two previously installed AquaDams®. Only an excavator could maneuver in these flooded
fields. The two excavators we used were an essential part of this project.
Figuur 4.34 De laatste verblijvende sectie (zwaart) sluit het gat tussen de twee eerder geïnstalleerde AquaDams®.
Figuur 4.35 De AquaDams® zijn onmiddelbaar na de sluiting aan de polderzijde met vulmateriaal gestabiliseerd.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
33 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.36 De hoogwaterlijn bij vloed is circa 60 cm lager dan de bovenkant van de AquaDam®.
Figuur 4.37 De installatie van de dam duurde 2 dagen. Deze foto werd bij extreem hoogwater genomen. De
AquaDam® werd na twee maanden weer afgebroken.
Figuur 4.38 Door het gebruik van touwen en stalen palen kan het afrollen van de AquaDam® gecontroleerd worden
uitgevoerd en kan de AquaDam® gecontroleerd in positie worden gebracht en wordt het wegdriften van de
dam voorkomen.
34 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.39 Transport van een AquaDam® op een reeds geïnstalleerd AquaDam® met behulp van wielen.
Voordelen AquaDam®:
- waterdichte constructie;
- grote mate van stabiliteit;
- beproefde methode in de VS voor sluiting stroomgat;
- flexibiliteit waardoor aanpassing aan de vorm van de mogelijk is;
- weinig materieel en (getraind) personeel nodig voor installatie;
- herbruikbaarheid
- houdbaarheid tot 30 jaar;
- verkrijgbaar in verschillende afmetingen en types;
- water keren met water
Nadelen:
- weinig ervaring met het plaatsen in diep en snelstromend water;
- Kans op beschadigingen aan de constructie, waardoor AquaDam over de hele
sectielengte kan bezwijken;
- Kosten voor aanschaf en opslag;
- De waterkerende hoogte van een AquaDam is niet te vergroten. De afmetingen van
de toe te passen AquaDam hangen af van de te keren hoogte bij de desbetreffende
locale omstandigheden;
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
35 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
-
4.9
De stabiliteit van de constructie tijdens het plaatsen in snelstromend water is niet
precies bekend. Ook is niet bekend tot welke stroomsnelheden een AquaDam nog te
plaatsen en te koppelen is.
Vergelijkbare slangsystemen
Andere mobiele systemen die op het principe ‘water keren met water’ berusten zijn: Beaver®
Hochwasserschutzschläuche (Firma Bieri Tenta AG, Zwitserland) en Mobildeich (firma Ceno:
Deze bestaan uit twee parallel naast elkaar liggende, vast met elkaar verbonden
kunststofslangen. De elementen kunnen met een manchetsysteem aan elkaar worden
gekoppeld.
Figuur 4.40 Vullen van een Mobildeich
Figuur 4.41 Mobildeich, standzeker ook bij overstromen
Figuur 4.42 Opslag en transport van het Mobildeich systeem
36 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Figuur 4.43 Opbouw van het Mobildeich systeem
De Mobildeich bestaat uit drie lagen materiaal: dijklichaam (A) en mantelnet (B) vormen het
statische systeem. Voor de afdichting zorgt een dichtingsfolie.
Een verhoging van een dijk om 2 m kunnen binnen 8 uur met 3 Mobildeich modulen worden
gerealiseerd. Een maximale hoogte van 2,60 m is mogelijk.
Figuur 4.44 Installatie van een Mobildeich systeem
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
37 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
4.10
Zandzakken
Zandzakken worden al lange tijd gebruikt voor het sluiten van kleine stroomgaten (bijv.
watersnoodramp 1953), maar hebben het nadeel dat hun inzet veel tijd vergt en niet zeer
effectief is. Tijdens het plaatsen van de zandzakken mag de stroomsnelheid niet te hoog zijn,
anders worden de zandzakken met de stroming mee genomen. Zandzakken kunnen volgens
RBSO-onderzoek geplaatst worden tot een stroomsnelheid van 1,5 m/s. Bij grotere
snelheden zijn big-bags of geobag een alternatief.
Big-bags zijn gemaakt van geotextiel, hebben een inhoud van 0,3 à 2 m³ en worden gevuld
met zand of een ander vulmateriaal met een grote volumieke massa. De big-bags zijn
voorzien van hijslussen, waardoor ze makkelijk te transporteren zijn. Om uitloging te
voorkomen worden big-bags na vulling aan de bovenzijde dichtgenaaid. De stabiliteit is groter
en per tijdseenheid kan een groter volume worden geplaatst dan bij een zandzak. De mate
waarin de big-bag zich vormt naar de ondergrond draagt positief bij aan het verkrijgen van
een waterdichte afsluiting. Voor het afsluiten van een stroomgat dient een groot aantal bigbags te worden geplaatst. Hiervoor is veel materieel nodig.
Na plaatsing van de big-bags als basisconstructie is het mogelijk om met behulp van
geotextiel en zandzakken een volledig waterdichte kering op te bouwen.
In het verleden is veel ervaring opgedaan met het plaatsen van big-bags. Zelfs de inzet van
big-bags met behulp van taalrijke helikopters in New Orleans na hurricane Katrina vergde een
week sluitingstijd. Deze sluitingsmethode neet veel tijd in beslag, wat wordt veroorzaakt door
de grote hoeveelheid handelingen die verricht moeten worden.
Het is ook denkbaar zandzakken met een mengsel van zand en Superabsorbent Polymers
(SAP) te vullen. Vanwege zijn grote opnamecapaciteit voor water (tot 1000 keer het
eigengewicht) biedt SAP de mogelijkheid water met water te keren. De zakken worden lichter
dan gewone zandzakken, wat het transport vergemakkelijkt. Door het opnemen van water zet
het materiaal uit waardoor een afsluitende werking wordt bereikt.
Figuur 4.45 Helikopter plaatsen zandzakken bij de 17th St. Canal na Hurricane Katrina
38 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
4.11
Granulair materiaal
Geprefabriceerde betonblokken zijn goed toepasbaar voor het afsluiten van een bres
vanwege het grote volume en de hoge dichtheid. Kleiner granulair materiaal is bij hoge
stroomsnelheden niet te plaatsen, omdat het materiaal met de stroming mee wordt gevoerd.
Het is onmogelijk betonblokken direct tegen elkaar aan te plaatsen. Vanwege de
plaatsingsonnauwkeurigheid van de blokken dienen de kieren tussen de blokken met andere
blokken, met zandzakken en/of geotextiel te worden gedicht. Het aantal per tijdseenheid te
plaatsen blokken is afhankelijk van het aantal in te zetten helikopters en de afstand van de
opslaglocatie naar de bres.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
39 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
40 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
5 Conclusies en aanbevelingen
5.1
Conclusies
Er is nog weinig ervaring opgedaan met het sluiten van bressen als die zich al aan het
ontwikkelen zijn. De grootste kans om een dijkdoorbraak te voorkomen is de bres al in het
beginstadium te stoppen of tenminste door beschermende maatregelen te voorkomen dat de
bres de dijk verder gaat eroderen.
In de praktijk worden meestal schepen in de bres gevaren om de bres te dichten. Ook is het
niet mogelijk de bres in e noodsituatie helemaal te herstellen, moeten maatregelen er toe
dienen het verder eroderen van het dijkmateriaal te voorkomen.
De methode om water met water te keren is qua personele, materiële en logistieke inzet
veelbelovend. In korte tijd kan met weinig mensen een grote strekking van de dijk verhoogd
worden.
Het gebruik van met water gevulde kunststofslangen als geschikt bresdichtingsmiddel is in de
VS al in een grootschalige proef aangetoond. Bij deze methode was de bres door een harde
constructie in de dijk gesimuleerd. Hoe zich de slang gedraagt in een echte dijkbres met
eroderende randen moet nog worden onderzocht.
5.2
Aanbevelingen
•
Nader onderzoek doen naar bresgroei en het dichten ervan met materialen
(bresoorzaak, bestrijding van de bresgroei).
•
Tijdens hoogwater is het dichten van een bres geen reële optie. Een bres kan alleen in
een zeer vroeg stadium worden gedicht. Op een later tijdstip is het dichten van de bres
nog steeds opportuun als hierdoor het verder volstromen van de polder kan worden
verhinderd. Hierdoor kan de totale schade worden beperkt.
•
Het stand-by laten staan van materiaal lijkt niet haalbaar. Het ad hoc gebruik maken van
aanwezig materiaal verdient de voorkeur.
•
Concentreren op snelheid direct bij dreiging van doorbreken om schade te beperken.
•
Eerste aandacht uit laten gaan naar bestrijding van de bresgroei.
•
De producent en leverancier Waterstructures Unlimited garandeert de stabiliteit van de
AquaDam ®. Met name de stabiliteit van de constructie tijdens het plaatsen in
snelstromend water is niet precies bekend. Uit nader onderzoek moet blijken tot welke
stroomsnelheden een AquaDam ® nog te plaatsen en aan elkaar te koppelen is.
•
De lijst met contactpersonen voor calamiteiten in de bijlage dient met personen te
worden aangevuld die specifieke kennis en ervaring hebben met het sluiten van
bressen.
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
41 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
42 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
6 Referenties
R.A. van der Eijk (2002): Alternatieven voor de zandzak als tijdelijke waterkering.
Afstudeerrapport TU Delft.
I.A.M. Joore (2004): Noodsluiting van een dijkdoorbraak bij hoogwater. Afstudeerrapport TU
Delft.
W.P. Markwat, Y.C. de Vos (2008): Dichting van stoomgaten in primaire waterkeringen.
Afstudeerrapport Hoogeschool Rotterdam i.s.m. Waterschap Hollandse Delta.
Donald Resion, Stanley Boc, Stephen Maynord, Donald Ward, David Abraham, Duane
Dudeck, Brian Welsh (2009): Development and Demonstration of Rapid Repair of Levee
Breaching Technology. January 23, 2009. USACE Engineer Research and Development
Center.http://chl.erdc.usace.army.mil/rrlb/docs.htm
Southest Region Research Initiative - SERRI Fact Sheet on Rapid Repair of Levee Breach.
http://chl.erdc.usace.army.mil/rrlb/docs.htm
Fred Pinkard, Thad Pratt, Donald Ward, Tina Holmes, Julie Kelley, Landris T. Lee, George
Sills, Eric Smith, Perry A. Taylor, Nalini Torres, Lillian Wakeley, and Johannes Wibowo:
Flood-Fighting Structures Demonstration and Evaluation Program: Laboratory and Field
Testing in Vicksburg, Mississippi. USACE ERDC TR-07-3, July 2007.
Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen, Bern, Bundesamt für Wasser und Geologie,
Biel: Entscheidungshilfe Mobiler Hochwasserschutz – Systeme für den Notfall (Januar 2004).
Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt:
Flussdeichen (November 2002).
Anleitung für
die Verteidigung von
Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt: Anleitung für
den operativen Hochwasserschutz, Teil 2 Verteidigung von Flussdeichen – Deichsanierung.
Ramp Bestrijdingsstrategieën Overstromingen Rijn en Maas (RBSO) - Verslag workshop
verkenning (on)mogelijke fysieke noodmaatregelen bij dijkdoorbraak (mei 2005); Royal
Haskoning Eindrapport 9R0065.A0.
Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg: Flussdeiche –
Deichverteidigung im Hochwasserfall (Poster, 2006).
Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg: Flussdeiche –
Überwachung und Verteidigung (2005).
Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt (LHW):
Anleitung für den operativen Hochwasserschutz (Teil 2: Verteidigung von Flussdeichen –
Deichsanierung). 3. Auflage, (2008).
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
43 van 51
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Regierungspräsidium Darmstadt Abteilung Umwelt – Staatlicher Wasserbau i.s.m. TU
Darmstadt: Instruktion zur Deichverteidigung. 1. Auflage (2006).
Bund der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK): Mobile
Hochwasserschutzsysteme – Grundlagen für Planung und Einsatz. Merkblatt 6/BWK, Januari
2011.
Ministerie van Verkeer en Waterstaat – Rijkswaterstaat
Calamiteitenteam Waterkeringen. 18 december 2010.
Österreichisches Bundesministerium für Land- und
Wasserwirtschaft: Hochwasserschutz mit Mobilelementen.
Waterdienst:
Forstwirtschaft,
Handboek
Umwelt
und
J.C. Huis in ‘t Veld: The closure of tidal basins – Closing of estuaries, tidal inlets and dike
breaches. Delft University Press, Delft 1987.
J.M.L. Dieteren en P.H. Pottinga: Stroomgatontwikkeling tijdends dijkdoorbraak. Faculty of
Civil Engineering an Geosciences, Delft, 1988.
Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR Bouw & Infra): 214
Geotextiele zandelementen. Rijkswaterstaat, 2004.
Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR Bouw & Infra): 217
Ontwerpen met geotextiele zandelementen. Rijkswaterstaat, 2004.
Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR Bouw & Infra): 174
Geokunststoffen in de waterbouw. Rijkswaterstaat & Nederlandse Geotextielorganisatie,
2009.
HKV Lijn in Water, TU Delft: Twee jaar na Katrina. Dratex, Lelystad, 2008.
P.J. Visser: Breach growth in sand-dikes. Faculty of Civil Engineering and GeoSciences,
Delft, 1998.
Y. Zhu, Breach growth in clay-dikes, TU Delft, 2006.
New Technology „PLUGs“ Levee Breaches. Engineer Article, Januari 2011, Vol 53 No. 1.
Persoonlijke mededeling Yao Qiuling. China Institute of Water Resources and Hydropower
Research (IWHR).
R. Haselsteiner: Deichsanierung. Lehrstuhl und Versuchsanstalt für Wasserbau und
Wasserwirtschaft, TU München 2003.
HKV & WL Delft Hydraulics (2003): Beperking overstromingsrisico’s Rijntakken. Rapport
PR640.
44 van 51
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare
snelle reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
1204477-016-VEB-0001, 16 december 2011, definitief
Links:
www.mobildeich.de
http://www.alba-feuerwehrtechnik.ch/
www.vkf.ch
www.bwk-bund.de
http://www.lfu.bayern.de/wasser/merkblattsammlung/teil5_gewaesserentwicklung_wasserbau
/index.htm#nr_52
http://www.beaver-ag.com/?gclid=CO3AnJzCjaoCFQOFDgod9F32yw
www.mwe.brandenburg.de/cms/media.php/2320/luabd16_3.pdf
www.waterstructures.com/Construction/Demos/baffled/test1.html
KPP Meerlaagsveiligheid: Emergency response - Inventarisatie van wereldwijd beschikbare snelle
reparatietechnieken en/of noodmaatregelen bij dijkbressen
45 van 51