Terugblik 2020

In Nederland staat de berekeningsmethode voor het draagvermogen van funderingspalen voorgeschreven in de NEN-EN normen. Deze berekeningsmethode is gebaseerd is op bewezen sondeertechnieken. Verschillende typen funderingspalen kunnen dezelfde berekeningsmethode hebben, maar hebben hun eigen paalfactoren. Deze paalfactor brengt de invloed van het paaltype en de wijze van installeren in rekening. In 2017 heeft een normatieve reductie van paalfactoren plaatsgevonden, gebaseerd op nadere bestudering van beschikbare proefbelastingen. Deltares en partijen uit de sector (waaronder grote opdrachtgevers) zijn van mening dat er aanleiding is te veronderstellen dat het paaldraagvermogen hoger kan zijn. Er is namelijk vastgesteld dat er beperkt proefbelastingen beschikbaar zijn en dat positieve effecten niet zijn meegenomen in de berekeningen.

Binnen het KPP-project Aanlegvraagstukken voeren we onderzoeken uit die een direct verband hebben met de uitvoeringsprojecten van RWS rondom Aanleg en Onderhoud. Een voorbeeld daarvan is het onderzoek naar de belastbaarheid van paalfunderingen. Naast modelproeven en numerieke modellering worden ook veldproeven uitgevoerd. Deze bestaan uit proefbelastingen op funderingspalen die hebben plaatsgevonden op de Maasvlakte en op het terrein van Deltares (zie foto). Naast het bepalen van verbeterde paalfactoren, krijgen we zo ook beter inzicht in de restspanningen na het inheien van palen (effect van de installatie) en hoe de sterkte van de ondergrond toeneemt in de tijd (tijdseffecten). De resultaten worden opgenomen in de nationale geotechnische norm NEN 9997-1.

Paalbelastingsproeven voor een verbeterd paalontwerp.

In de wetenschappelijke publicatie “Including sediment in European River Basin Management Plans: twenty years of work by SedNet”  hebben we de inspanning beschreven die het Europese Sediment Netwerk SedNet de afgelopen 20 jaar heeft gepleegd om sediment de aandacht te geven die het verdient in de Kaderrichtlijn Water (WFD) Stroomgebiedbeheerplannen (RMBP’s).

SedNet maakt voor haar advisering gebruik van het ‘three-streams and windows-of-opportunities model’ van John Kingdon uit 1995 (zie de figuur). Dit model maakt duidelijk dat een goede timing nodig is om adviezen te kunnen laten doorwerken. Zo adviseert SedNet nu bij het opstellen van een ‘WFD Common Implementation Strategy (CIS) sediment document’ dat in 2021 gereed moet zijn. Dit document zal handvatten bieden voor het integreren van sediment in de stroomgebiedbeheerplannen. Rijkswaterstaat zal hiervan gebruik maken bij het updaten van de maatregelen voor de 4e Stroomgebiedbeheer - plannen, die in 2027 gereed moeten zijn.

Titel figuur: 'Three-streams and windows-ofopportunities model' van John Kingdom (1995).

Bij de uitvoering van infrastructurele werken van Rijkswaterstaat, zoals bijvoorbeeld een verdiepte ligging of verbetering van een kanaal, wordt Rijkswaterstaat met enige regelmaat geconfronteerd met tegenvallers. Deze tegenvallers komen voort uit de lokale geohydrologie omdat de beheersing van het grondwater problemen oplevert. In relatie tot die problemen wordt voor Rijkswaterstaat een ‘GrondwaterRisicoToolbox’ uitgewerkt. Met de toolbox wordt meer overzicht gecreëerd in de gevolgen van onzekerheden in bodemschematisatie en de effecten van een kwetsbare omgeving.

De GrondwaterRisicoToolbox is gebaseerd op het open source geografisch informatiesysteem QGIS. Daarin worden met het programma TIMml (ontwikkeld door de Technische Universiteit Delft) stationaire meerlaagse grondwaterstromingen berekend. Ook worden onzekerheden en omgevingseffecten via gevoeligheids- en faalkansanalyses onderzocht. Het doel van de GrondwaterRisicoToolbox is om al in de planfase van infrastructurele projecten grondwater gerelateerde risico’s met vereenvoudigde modellen te verkennen. Door een goede afweging van uitvoeringsvarianten worden de faalkansen verkleind.

Op de Maas zijn oevers op veel plaatsen ontsteend en opnieuw ingericht voor het realiseren van natuurvriendelijke oevers. Deze oevers kennen meer erosie en sedimentatie dan de oorspronkelijke vastgelegde oevers en worden daarom aangeduid als ‘dynamische oevers’. Als rivierbeheerder staat Rijkswaterstaat voor de vraag hoeveel oevererosie kan worden toegelaten en op welk moment moet worden ingegrepen.

Deltares heeft in 2020 hulpmiddelen ontwikkeld om deze vraag te beantwoorden. Om te kunnen onderscheiden in oevertrajecten met voldoende, beperkte of zonder ruimte voor dynamische ontwikkeling, zijn er kaarten gemaakt met huidige oeverlijnen, historische oeverlijnen en grenzen van toelaatbare oevererosie. Daarnaast is geëvalueerd welke methoden er zijn om oevererosie te voorspellen. Er is er een advies opgesteld voor het toepassen van deze voorspellingsmethoden waarin onderscheid wordt gemaakt naar de verschillende oevertrajecten. In de voorspellingsmethoden zelf wordt onderscheid gemaakt naar enerzijds een direct inzetbare pragmatische methode en anderzijds een meer gedegen methode. Deze laatste kan in 2021 operationeel worden gemaakt. Aanvullend op de methode-ontwikkeling is er advies gegeven over het beheer van verschillende types oever.

Piping is een belangrijk faalmechanisme voor dijken. Bij hoogwater kan zand van onder de dijk worden meegevoerd naar het achterland. De dijk raakt hierdoor onderspoeld en kan bezwijken. Eén manier om de piping te stoppen tijdens een hoogwatersituatie is gebruik te maken van ‘de nooddrain’. Het doel van de nooddrain is om de stijghoogte in het watervoerende pakket rondom een al bestaande, actieve zandmeevoerende wel zo te verlagen dat het verticale zandtransport naar het maaiveld tot stilstand komt. Met de veldtest op de LiveDijk proeflocatie Willemspolder van Waterschap Rivierenland heeft Deltares onderzocht of we in de handel gebruikelijke ramfilters (thermisch verzinkte filterbuizen met grote poriën of dunne spleten) met weinig personeel kunnen installeren. Ook is gekeken of het zandtransport in de wel significant kan worden teruggebracht.

De installatie is probleemloos gelukt. Het debiet van de in de proefsloot kunstmatig opgewekte zandmeevoerende wel was echter zo extreem groot dat het stijghoogte-verlagende effect van de nooddrain niet meer toereikend was. De opgewekte wel bleek vanwege zijn extreem groot debiet niet representatief te zijn, zeker vergeleken met het debiet dat in de regel bij zandmeevoerende wellen bij jaarlijkse hoogwaters wordt aangetroffen. Voor de beoogde toepassing als alternatief voor een zandzakopkisting bij jaarlijkse hoogwaters lijkt de nooddrain echter nog steeds geschikt.

Rijkswaterstaat ziet potentie in de nooddrain. De volgende stap is daarom om de nooddrain verder te ontwikkelen en met een ander diameter (filteroppervlak) onder minder extreme omstandigheden te testen. Dit moet gaan gebeuren kan in nauwe samenwerking met de waterschappen gebeuren, die ook de meeste dijken in beheer hebben waar zandmeevoerende wellen vaak een probleem vormen. Voor deze waterschappen kan het interessant zijn om tijdens een hoogwater een alternatief voor de hand te hebben naast de zandzakopkisting voor de zandmeevoerende wellen.

De StormVloedKering Ramspol is een opblaasbare kering die wordt gesloten indien de lokale waterstand boven +0.5 m NAP komt en er tegelijkertijd sprake is van een landinwaarts gerichte stroming die wordt veroorzaakt doordat de afvoer richting zee stagneert door een te hoge zeespiegel (stormvloed). Die parameters worden tot nu toe gemonitord op basis van lokale metingen. Dat is efficiënt, maar maakt de kering wel gevoelig voor meervoudig sluiten en openen tijdens dezelfde storm. Dit is ongewenst, onder andere vanwege slijtage van het balgdoek.

In het kader van dit KPP-project is nadere onderzocht wat de potentiële oorzaken van meervoudig sluiten zijn en hoe dit onbedoelde keringsgedrag in de toekomst zou kunnen worden vermeden.

Grootschalige meerslingeringen (het heen en weer bewegen van het wateroppervlak) als gevolg van variaties in windsnelheid lijken de meest waarschijnlijke oorzaak. Achterliggende meteorologische fenomenen kunnen waarschijnlijk nog niet voldoende betrouwbaar worden voorspeld. Daarom is voorgesteld meervoudig sluiten te gaan voorkomen door een aangepast sluitcriterium te gaan gebruiken. Hierin wordt de waterstand waarop de kering wordt gesloten afgestemd op de sterkte van de oostelijke stroomsnelheid. Deze aanpak kan waarschijnlijk zonder ingrijpende hardware-aanpassingen en met lage kosten worden geïmplementeerd, omdat gebruik wordt gemaakt van informatie en operationele systemen die op dit moment al beschikbaar zijn. Indien na een grondige check het voorgestelde sluitcriterium inderdaad effectief en veilig blijkt te zijn, zou gebruik van dit nieuwe sluitcriterium de keringsinzet in het algemeen effectiever maken en wordt meervoudig sluiten van de SVKR in de toekomst zoveel mogelijk vermeden.

Al sinds 2013 werken Deltares en de programmadirectie Hoogwaterbeschermings- programma (HWBP) samen aan het (voortdurend) ontwikkelen van een technisch inhoudelijke kennisbasis voor doelmatige uitvoering van projecten in het HWBPprogramma. Afgelopen jaar hebben de directeuren een samenwerkingsovereenkomst gesloten om de komende jaren intensief samen te werken, om de kennisagenda’s af te stemmen, projectoverstijgende thema’s te agenderen en uit te werken en het HWBP-programma (de projecten) uit te voeren.

Het afgelopen jaar heeft Deltares een actieve bijdrage geleverd aan het huidige en nieuwe innovatieportfolio van het HWBP, om te zorgen dat de HWBP opgave op tijd, binnen budget en maatschappelijk acceptabel kan worden uitgevoerd. Ook heeft Deltares met het HWBP samengewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe instrumenten, zoals bijvoorbeeld de ingangstoets en het ‘comply and explain’ beginsel.

De ingangstoets geeft inzicht in de specifieke projectopgave. Een team van medewerkers van het HWBP voert de toetsing uit, controleert feiten, bekijkt de risico’s en zekerheden en beoordeelt de inhoud van de projectaanvraag. Het uitgangspunt bij ‘comply and explain’ is dat de beheerder kan en mag afwijken van standaarden. Wel moet de reden van de afwijking inclusief een gedegen en gemotiveerde onderbouwing worden aangeleverd. Deze wordt ook getoetst door medewerkers van het HWBP.

In de monding van de Westerschelde gaat Rijkswaterstaat een grootschalige praktijkproef doen om met slim sedimentbeheer de effecten van de zeespiegelstijging te mitigeren met in achtneming van de functies van het Schelde-estuarium. Door in de praktijk vast te stellen hoe en waardoor het sediment zich verplaatst, kunnen in de toekomst gerichte maatregelen worden genomen.

Deltares leverde hiervoor in 2020 veel inhoudelijke kennis en ondersteuning aan Rijkswaterstaat. De beschikbare data is in kaart gebracht, evenals de bestaande kennis over water, zand en bodemleven. Op basis daarvan is geadviseerd over hoe de beste locatie voor de proef kon worden gekozen. Hierna zijn we met experts die beste locatie gaan zoeken en wordt een advies opgesteld voor de monitoring van de proef. Dat ronden we in 2021 af. Naar verwachting zal in 2023 dan de ruim 1,5 miljoen m³ zand worden aangebracht.

Om te voldoen aan de klimaatdoelstellingen van Parijs zal Nederland zeer snel over moeten gaan op hernieuwbare energiebronnen. Offshore windparken zullen daar een belangrijke rol in spelen.

In 2018 hebben we in een voorstudie laten zien dat de uitrol van offshore windparken tot ecosysteemeffecten (zoals stratificatie (gelaagdheid), verandering van reststroming en verandering van slibdynamiek) kan leiden die nog niet goed in beeld zijn. Tot nu toe waren deze effecten theoretisch te beredeneren, maar was niet duidelijk in hoeverre deze effecten belangrijk zijn en welke delen van de Noordzee hiervoor gevoelig zijn. In 2020 zijn de eerste modelstudies uitgevoerd met het nieuwe Noordzee model (DCSM-FM). De eerste resultaten geven aan dat effecten op de stratificatie verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor primaire productie (dus de groei van fytoplankton; de basis van het mariene voedselweb).

In de komende jaren wordt dit werk voortgezet. Deltares loopt hiermee vooraan in de ontwikkeling van modelontwikkelingen waarmee potentiële gevolgen van grootschalige ingrepen kunnen worden onderzocht. Het werk wordt door Deltares uitgevoerd in samenwerking met Wageningen Marine Research en NIOZ.

Om te voldoen aan de klimaatdoelstellingen van Parijs zal Nederland zeer snel over moeten gaan op hernieuwbare energiebronnen. Offshore windparken zullen daar een belangrijke rol in spelen.

In 2018 hebben we in een voorstudie laten zien dat de uitrol van offshore windparken tot ecosysteemeffecten (zoals stratificatie (gelaagdheid), verandering van reststroming en verandering van slibdynamiek) kan leiden die nog niet goed in beeld zijn. Tot nu toe waren deze effecten theoretisch te beredeneren, maar was niet duidelijk in hoeverre deze effecten belangrijk zijn en welke delen van de Noordzee hiervoor gevoelig zijn. In 2020 zijn de eerste modelstudies uitgevoerd met het nieuwe Noordzee model (DCSM-FM). De eerste resultaten geven aan dat effecten op de stratificatie verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor primaire productie (dus de groei van fytoplankton; de basis van het mariene voedselweb).

In de komende jaren wordt dit werk voortgezet. Deltares loopt hiermee vooraan in de ontwikkeling van modelontwikkelingen waarmee potentiële gevolgen van grootschalige ingrepen kunnen worden onderzocht. Het werk wordt door Deltares uitgevoerd in samenwerking met Wageningen Marine Research en NIOZ.

Om de doelstellingen in het Parijs-akkoord te halen zijn maatregelen nodig om de emissie van broeikasgassen te reduceren. Een aantal maatregelen kan invloed hebben op knelpunten in de watervoorziening tijdens droogte, waaronder het nathouden van het veenweidegebied door middel van onderwaterdrainage.

Het nathouden van veenweidegebied vergroot via het peilbeheer de watervraag in de agrarische gebieden van laag-Nederland waar sprake is van veen in de ondergrond. Met het Nationaal Water Model is berekend dat de watervraag voor peilbeheer in veenweidegebieden hierdoor kan toenemen met 25% in het huidige klimaat en met 50% in een scenario met sterke klimaatverandering. De toename in de watervraag hangt af van het klimaatscenario, omdat hogere temperatuur voor meer verdamping zorgt en daardoor de toename in watervraag voor peilbeheer verder versterkt.

In het huidige klimaat kan de extra watervraag voor peilbeheer onder de meeste omstandigheden worden geleverd . De buffers van de meren worden wel vaker benut. Met sterke klimaatverandering zullen de tekorten toenemen. De precieze doorwerking hiervan op uitputting van de buffers in combinatie met een toename van de watervraag voor beregening en regionale doorspoeling (Deltascenario Stoom) wordt op dit moment doorgerekend met het Nationaal Water Model.

Hoe kwetsbaar is de grondwaterafhankelijke natuur bij langdurige droogte? Om dit in beeld te krijgen is een indicator ontwikkeld. Daarin wordt de kwetsbaarheid van de grondwaterafhankelijke natuur voor droogte gekwantificeerd op basis van gemodelleerde grondwaterstanden in de Hoge Zandgronden.

Uit recente evaluaties en monitoringsgegevens van natuurorganisaties volgt dat (meteorologische) droogte en in het bijzonder meerjarige droogte (2018-2020), een sterk negatief, soms onomkeerbaar, effect heeft op de grondwaterafhankelijke natuur. Het blijkt dat vooral als gevolg van grondwateronttrekking voor beregening en drinkwater, de afgelopen jaren tijdens droogteperioden het grondwaterniveau extra sterk is gedaald. Tijdens deze periode zakt de freatische grondwaterstand en stijghoogte veel dieper dan onder ‘normale’ zomeromstandigheden.

Het effect van klimatologische droogte wordt versterkt door de gedurende de afgelopen decennia ontwikkelde verdroging. Hierdoor is de veerkracht van doelvegetatie (vastgelegd in natuurbeheerdoelen) waarschijnlijk sterk afgenomen. Daarnaast is natuur gevoelig voor de frequentie van droogte. Als deze te groot wordt (en daarmee de kans op meerjarige droogte) krijgt de vegetatie na een droogte te weinig kans om te herstellen. Om het grondwatersysteem in de Hoge Zandgronden te herstellen zijn veel verschillende maatregelen nodig. Betrokken partijen in deze regio hebben de ambitie om de komende zes jaar in ongeveer 20% van het landbouwareaal maatregelen te implementeren die ervoor zorgen dat water beter wordt vastgehouden. Hiervoor is een bijdrage uit het Deltafonds gevraagd. Het gaat dan bijvoorbeeld om maatregelen als het dempen van sloten, het aanpassen van het ontwateringssysteem en het vergroten van het vasthoudend vermogen van de bodem. Daarnaast zijn waterschappen, provincies en drinkwaterbedrijven met elkaar in gesprek om te kijken waar en hoe onttrekkingen voor drinkwater en landbouw kunnen worden gereduceerd. In sommige gebieden zal een landgebruiksverandering nodig zijn om het landgebruik en het watersysteem weer beter met elkaar in balans te brengen. Dit wordt de watertransitie genoemd.

Effect van het voorkeurpakket uitgedrukt in percentage van opgave, in Ref2017 (boven) en Stoom2050 (onder), op basis van GG10.

Binnen Rijkswaterstaat zijn in het Water Management Centrum Nederland (WMCN) verschillende Crisis Advies Groepen (CAG’s) actief. Experts vanuit Deltares participeren in die CAG’s. Wat het betekent om tijdens een crisis paraat te moeten zijn, laat zich het beste als volgt beschrijven.

“Tijdens mijn eerste dienst als lid van de crisis adviesgroep rivieren was het meteen raak. Na een relatief nat einde van de maand januari 2020, werd het in februari 2020 nog erger en zorgde deze neerslag voor een hoogwatergolf op de Maas. Binnen enkele dagen schoot de afvoer ter hoogte van St. Pieter door de eerste drempelwaarde van 800 m³/s, waardoor er lokaal maatregelen tegen het hoge water diende te worden genomen. Enkele dagen en nog meer neerslag later, steeg de afvoer voorbij de 1.500 m³/s en de maximale afvoer bereikte een waarde van 1.730 m³/s. Een situatie met een herhalingstijd van eens in de vier jaar. Vanuit het WMCN is in die periode dagelijkse berichtgeving opgesteld en gedeeld ter informatie voor de gebruikers en betrokkenen.”

Sluis Belfeld bij hoogwater op de Maas.

Voor het goed functioneren van de crisisadvisering van Rijkswaterstaat wordt door Deltares kennis en expertise ter beschikking gesteld aan het Water Management Centrum Nederland (WMCN). Maar ook in het geval van buitengewone omstandigheden en calamiteiten kan RWS een beroep doen op de expertise velden binnen Deltares. Naast de reguliere, jaarlijkse spoedadvies oefening, is er in 2020 ook daadwerkelijk een beroep op Deltares gedaan voor spoedadvies.

Op maandag, 10 februari 2020 zijn in de Maas twee duwbakken losgeslagen en tot stilstand gekomen tegen de stuw bij Linne. De stuw is beschadigd geraakt en moest worden hersteld. Omdat ook de waterstand op de Maas verhoogd was, is op 11 februari 2020 een spoedadvies aanvraag bij Deltares binnen gekomen. Deltares is gevraagd om de waterstand en/of snelheid bij vier afvoerniveaus (200 m³/s; 400 m³/s; 800 m³/s en 1200 m³/s) op zes verschillende locaties in de Maas te berekenen. Op basis hiervan kon Rijkswaterstaat de strategie bepalen hoe de twee duwbakken konden worden geborgen.

Op 12 februari 2020 en 19 februari 2020 zijn aanvullende vragen aan de spoedadvies aanvraag toegevoegd. De rapportage voor alle vragen is in één document opgeleverd. De laatste definitieve versie van deze rapportage is opgeleverd

Duwbak die tot stilstand is gekomen tegen de stuw bij Linne.

Kennis die bij Deltares wordt ontwikkeld moet ook worden gedeeld om in de praktijk toepassing te vinden. Vanuit die gedachte is de ‘Deltares Academy’ opgericht. Een deel van die kennis wordt direct in opdracht van Rijkswaterstaat ontwikkeld en in algemene zin is veel van die kennis ook voor Rijkswaterstaat van direct belang. Om die reden wordt via het KPP-programma vanuit Rijkwaterstaat jaarlijks een financiële bijdrage geleverd aan het organiseren van de activiteiten van de Deltares Academy.

De corona pandemie heeft uiteraard een wezenlijk effect gehad op de activiteiten van de Deltares Academy. Maar ook in 2020 is het gelukt om de kennisoverdracht via een uitgebreid aanbod te kunnen faciliteren. Rechtstreeks vanuit de Deltares studio en vanuit huis, is er een ruim aanbod aan cursussen, webinars en workshops geweest. Medewerkers van Rijkswaterstaat hebben daardoor in 2020 onder meer deelgenomen aan de opfriscursus ‘Statistiek voor Waterbeheer’, de cursus ‘Baseline 6’en de ‘D-HYDRO’-cursus.

In de zomer 2020 is Deltares gestart met een pilot met een eLearning platform (https://deltares.anewspring.nl). Een select aantal bestaande cursussen is in deze pilot omgezet naar een cursus met vooraf in de Deltares studio opgenomen modules in combinatie met tussentijdse interactie met de cursusleider . Op deze wijze is de omgezette Delft-FEWS Basic Configuration Course in 2020 succesvol gegeven in Australië en Canada, zowel als tijdens de Delft Software Days – Edition 2020 (online DSD-INT 2020).

Ook heeft Deltares Academy 42 webinars verzorgd. Dit is een record aantal. In 2019 waren het slechts 3. Hierbij is veelvuldig gebruik gemaakt van de Deltares studio faciliteiten en GoToWebinar.

Het vernieuwen van het cursusaanbod wordt gevoed vanuit ontwikkelingen en vernieuwingen in de onderzoeks- en adviesprojecten. Voor KPP-projecten is de Deltares Academy een strategisch instrument en belangrijke schakel in de kennisoverdracht.