Pipingproef Hedwigepolder
In samenwerking met Fugro, Deltares en het Hoogwaterbeschermingsprogramma onderzoeken we de sterkte van dijken op getijdenzand in relatie tot piping. Daarvoor voeren we verschillende tests uit, zoals een innovatieve praktijkproef in de Hedwigepolder (Zeeuws-Vlaanderen). Uit een eerdere proef langs de Friese Waddenkust bleek al dat deze dijken minder gevoelig zijn voor piping dan dijken op rivierzand.
Wat is piping precies?
Als waterschap moeten wij onze dijken eens in de 12 jaar toetsen op hun veiligheid. We controleren dan of onze dijken stevig en hoog genoeg zijn om extreem hoge waterstanden te keren. Het risico op of de aanwezigheid van piping is een van de criteria waarop alle Nederlandse dijken worden beoordeeld. Bij piping stroomt er, door het verschil in waterstand en dus druk aan de buiten- en binnenkant van de dijk, water met zanddeeltjes onder de dijk door.
Hierdoor ontstaat een kanaaltje (een ‘pipe’) onder de dijk. Als het gaat om kleine hoeveelheden, is dat geen probleem. Maar een grotere waterstroom die zand meevoert, kan een dijk ernstig verzwakken of zelfs doen instorten. Bij de laatste toetsronde is een aantal dijken afgekeurd, onder andere op het faalmechanisme piping.
Wat gebeurt er tijdens de proef?
Tijdens de proef zal er een pipingsituatie worden nagebootst. Er wordt een kunstmatige ‘dijk’ op getijdenzand gebouwd. Om hoogwater te simuleren infiltreren we via een aantal verticale filters water in de laag bestaande uit getijdenzand. Met een combinatie van innovatieve technieken als waterspanningsmeters, glasvezelsensoren, elektrische weerstandsmetingen en infraroodmetingen, wordt zo optimaal en compleet mogelijk in beeld gebracht hoe een eventuele pipe vormt en opbouwt.
In de kunstmatige dijksloot hopen we dan het ontstaan van een zand meevoerende wel te kunnen zien. Om niet heel veel water nodig te hebben voor de proef en de zandlaag volledig te kunnen vullen, wordt er een waterdicht scherm van damwanden rond de proeflocatie aangebracht.
Met de uitkomsten van de proef kan dan worden afgeleid in welke mate zand afgezet in getijdengebied minder gevoelig is voor het ontstaan van piping, dan zand afgezet in het rivierengebied.
Innovatieve onderzoeksmethode
Een belangrijk aspect in de proef is de doorlatendheid van het getijdenzand. Dit wordt gemeten met de innovatieve AMPT®-sondeertechniek, die Fugro heeft ontwikkeld. Voordeel van deze innovatieve methode is dat de opbouw van de ondergrond veel gedetailleerder in beeld komt. Bij de AMPT-techniek wordt zowel de horizontale als de verticale doorlatendheid inzichtelijk. Hierdoor worden niet alleen de verschillende lagen in de bodem in kaart gebracht, maar zelfs ook de variatie in doorlatendheid binnen afzonderlijke grondlagen. Zo krijgen we een zeer natuurgetrouw digitaal 3D-model van de ondergrond. Deltares gebruikt deze meetgegevens voor een 3D-grondwaterstromingsmodel, dat een nauwkeurig inzicht biedt in de waterstromen door het zandpakket. Dat geeft betere resultaten bij de piping-risicoanalyse, op basis waarvan Fugro en Deltares hun adviezen zullen opstellen.
Dit alles is nodig om de juiste uitgangspunten voor de daadwerkelijke proef te kunnen bepalen.
Samen kom je verder
De Hedwigepolder, die straks aan de natuur wordt teruggegeven, biedt waterschap Hollandse Delta een unieke kans om deze innovatieve praktijkproef in samenwerking met Fugro en Deltares uit te voeren. Als waterschap stimuleren en faciliteren we graag vernieuwende projecten. Het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP) heeft voor de proef ruim 5 miljoen euro aan waterschap Hollandse Delta beschikbaar gesteld vanuit de Kennis- en Innovatieagenda. Ook deelt het HWBP haar kennis en ervaring opgedaan tijdens eerdere praktijkproeven.
De praktijkproef Hedwigepolder maakt onderdeel uit van een groter internationaal project genaamd Living Lab Hedwige-ProsperPolder (LLHPP). Initiatiefnemer Waterbouwkundig Laboratorium (WL) uit Antwerpen organiseert hier gezamenlijk met de STOWA onderzoeken naar waterveiligheid. Inmiddels gaat het project over de landgrenzen en sluiten Belgische, Nederlandse, Franse en Britse onderzoekers aan.
Waar staan we nu?
Afgerond: Maart 2021 - Voorbereidend grondonderzoek
Gestart is met grondonderzoek in de Hedwigepolder. Het doel: inzicht krijgen in de ondergrond van de proeflocatie en de bodemopbouw gedetailleerd in beeld brengen. Door de inzet van verschillende meetmethodes en datasets op een innovatieve manier te combineren, hebben we de opbouw en eigenschappen van de bodem zeer gedetailleerd in kaart gebracht. Deze informatie is belangrijk voor het ontwerp en het draaiboek van de proef en om de perfecte locatie te bepalen voor de proefopstelling.
Afgerond: Mei 2021 - Testen waterspanningsmeters
De waterspanningsmeters zullen tijdens de proef een cruciale rol gaan spelen. Met de data van onder andere de waterspanningsmeters zullen we straks weten waar de pipe zich een weg gaat vormen. In voorbereiding hierop testten we op diverse manieren de installatiewijze en afdichting voor de plaatsing van de waterspanningsmeters.
Afgerond: Juni 2021 - Damwanden/kuipconstructie
Plaatsen van 92 damwanden van wel 8,5 meter lang. Samen vormen ze de twee proef kuipen van de Pipingproef Hedwigepolder. Deze damwanden hebben als doel de verhoogde grondwaterstand en later het infiltratiewater (tijdens de proef) in de kuip te houden. Om waterlekkage van binnen naar buiten zoveel mogelijk te voorkomen, zijn de damwandsloten voorzien van een bitumen afdichting.
Afgerond: Juli 2021 – Graven uittredesloten en installatie filterconstructies en infiltratiebuizen
Na het graven van de uittredesloten in beide proefvakken zijn de filtercontructies en infiltratiebuizen geplaatst. Tijdens de proeven in september wordt met behulp van de al aangebrachte infiltratiebuizen water gecontroleerd geïnfiltreerd in het zandpakket waardoor het waterpeil in stappen wordt verhoogd. Zo wordt een wisselende rivierstand gesimuleerd. Door het verhogen van het waterpeil ontstaat drukverschil tussen het infiltratiepunt en de uittredesloot en ontstaat een waterstroom van hoog naar laag. Deze waterstroom neemt bij een bepaalde druk zanddeeltjes mee, waardoor er kanaaltjes (‘pipes’) in het zandpakket ontstaan. Een pipe zal zich gaan vormen bij de uittredesloot en een weg banen richting “het hoog water” in de infiltratiebuizen. De infiltratiebuizen worden stapsgewijs - gelijktijdig met de aanleg van de kunstmatige dijk - opgebouwd tot een hoogte van maar liefst 10 meter of meer boven oorspronkelijk maaiveld.
Afgerond: Juli 2021 - Waterspanningsmeters en temperatuursensoren
Om heel gedetailleerd de vorming van de pipe in beeld te kunnen brengen en te monitoren, zijn ruim 200 waterspanningsmeters en 8 glasvezeltemperatuurkabels in de proefvakken in de grond aangebracht. Daarmee kunnen we straks tijdens de uitvoer van de proef real time monitoren wanneer, waar en hoe snel de pipe zich een weg vormt onder de kunstmatig aangelegde dijk. Met behulp van de waterspanningsmeters meten we de verandering van de waterdruk in de zandlaag op verschillende niveaus. Daar waar de pipe ontstaat en zich een weg baant onder de dijk door, zal de waterdruk afnemen omdat de pipe de druk van de uittredesloot aanneemt. De verticaal geïnstalleerde glasvezeltemperatuurkabels meten verandering in temperatuur. Daar waar water (snel) stroomt langs de glasvezelkabel, zal een snellere daling van temperatuur waar te nemen zijn dan op plekken waar geen stromend water langs de kabel gaat. Zo kunnen we verticaal zien waar er zich in de zandlaag een pipe vormt.
Afgerond: Augustus 2021 - Opbouw terp/ballastconstructie
Voor de uitvoering van de proef bouwden we een simulatie dijk van wel één voetbalveld groot en ruim zeven meter hoog. Bovenop de dijk steken buizen uit die tijdens de proef gebruikt worden om water in de dijk te infiltreren en hoog water te simuleren. De dijk is versterkt met tientallen big bags gevuld met zand.
Afgerond: Eind augustus 2021 - Plaatsen ERT
Plaatsing ERT
Als laatste van alle meetinstrumenten is de ERT (elektrische weerstandmeters) geïnstalleerd. Deze zijn in de grond bij de uittredesloten geplaatst. Elektrische weerstandsmetingen zijn geo-elektrische metingen tussen in de bodem aangebrachte verticale meetelektroden. Met behulp van een accu en twee stroomelektroden wordt stroom in de grond gebracht en de elektrische weerstand over de meetelektroden gemeten. De metingen geven inzicht in de elektrische bodemweerstand (het omgekeerde van geleidbaarheid) in het vlak tussen de meetelektroden in de bodem. Daar waar zich een pipe vormt, zullen de ERT’s een andere waarde aangeven, aangezien water een andere weerstand heeft dan grond (zand/klei).
Afgerond: Eerste week september 2021 - Test pomp- en monitorsystemen
In de testweek zijn alle pomp- en monitorsystemen getest en goedgekeurd.
Afgerond: 6 t/m 17 september 2021 - Proefweken
De proef is opgezet in twee proefvakken, een zuid- en een noordzijde. De daadwerkelijk proef is twee keer uitgevoerd om deze resultaten te kunnen vergelijken. Tijdens de proef is per vak via vier verticale buizen, water geïnfiltreerd in de laag getijdenzand. Zo is hoogwater gesimuleerd en is de druk opgevoerd. In de kunstmatige dijksloot kan het ontstaan van een zandmeevoerende wel worden gemonitord. Met een combinatie van innovatieve technieken als waterspanningsmeters, glasvezelsensoren, elektrische weerstandsmetingen en infraroodmetingen, wordt zo optimaal en compleet mogelijk in beeld gebracht hoe een eventuele pipe vormt en opbouwt. Daarbij wordt vooral gekeken naar het waterstandsverschil ‘buitendijks’ (in dit geval de buizen) en ‘binnendijks’ (de kunstmatige dijksloot). Tijdens de proef kan dit verschil tot meer dan 10 meter worden opgevoerd; veel meer dan bij een ‘echte’ dijk mogelijk zou zijn.
Afgerond: Half september t/m half oktober 2021 - CSI
Crime Scene Investigation (CSI) na afloop. Met dit laatste wordt het opengraven van de proefvakken bedoeld om de bodemopbouw en de ontstane pipes te onderzoeken. Met steeds fijnere gereedschappen (van graafmachine naar troffeltje) zijn de ontstane pipes in beide proefvakken blootgelegd en de hele route uitgegraven. Daarbij zijn veel bodemmonsters genomen en de geologische opbouw van de ondergrond beschreven.
Afgerond: Oktober tot december 2021 - Afronden praktijkproef
Nu het veldwerk erop zit worden alle data, bevindingen en waarnemingen die voor, gedurende en na de proef opgehaald zijn in een zogeheten factual report samengebracht.
Afgerond: December 2021 t/m maart 2022 - Kleine en medium schaalproeven
In het laboratorium van Deltares worden kleine en medium schaalproeven uitgevoerd om de resultaten van de praktijkproef te toetsen. Dit gebeurt met zand uit de Hedwigepolder. Het zand wordt gefilterd en alle klei- en slibdeeltjes eruit gehaald. Vervolgens worden met verschillende verhoudingen zand/slib/klei proeven uitgevoerd. In totaal 14 kleine proeven en 3 iets grotere. Deze proeven dienen ter validatie van de bevindingen in de polder en om een nóg beter beeld te krijgen van de sterkte van getijdenzand.
Afgerond: Maart 2022 - januari 2023 - Impactanalyse en handreiking
Op basis van alle data en bevindingen worden conclusies getrokken over de mate van sterkte van getijdenzand ten opzichte van rivierzand in relatie tot het faalmechanisme piping. Ook het verschil tussen getijdenplaatzand en getijdengeulzand wordt bekeken. Als getijdenzand daadwerkelijk sterker is en ook bepaald kan worden hoevéél sterker, dan kan een impactanalyse gemaakt worden van wat dat betekent voor de rest van Nederland. Ook kan toegewerkt worden naar een nieuwe rekenmethode die gehanteerd zou kunnen worden in het beoordelen van keringen aangaande het faalmechanisme piping.
Momenteel bezig: februari 2023 - mei 2023 - Kennisdeling
Met publicaties in vakbladen en via presentaties zullen de bevindingen, resultaten en conclusies gedeeld worden met vakgenoten, mede-waterschappen, bestuurders en andere geïnteresseerden.
Meer informatie
Als u een vraag, idee of opmerking heeft over dit project kunt u per mail (hedwigepolder@wshd.nl) of telefoon (0900 - 2005 005) contact opnemen met het waterschap. Vermeld of noem het project Pipingproef Hedwigepolder.
