Van dijkgeschiedenis naar dijkversterking

Door de eeuwen heen zijn de meeste rivierdijken in Nederland meerdere malen versterkt, wat heeft geleid tot zeer variabele dijkopbouw. Het materiaaltype in de dijk en de variabiliteit daarvan is een belangrijke factor bij dijkveiligheidsberekeningen. Archeologische waarnemingen kunnen de kennis van historische dijken vergroten en simulaties van variabele dijkopbouw verbeteren.

Als  All-Risk-onderzoeker aan de Universiteit Utrech t heb ik me vooral gericht op het simuleren van grondwaterstroming door de natuurlijke ondergrond rondom de dijken, die uit meerdere lagen bestaat. Toen een collega me een foto liet zien van archeologisch onderzoek bij een versterkingsproject, was ik net zo verrast als hij: er waren duidelijk meerdere lagen van verschillende materiaaltypen zichtbaar. De gelaagde dijkopbouw zou echter geen verrassing moeten zijn, aangezien ik wist dat veel rivierdijken in Nederland een lange geschiedenis hebben. Gedurende hun bestaan ​​zijn ze meermaals verhoogd en verbreed. Bij elke versterking is nieuw materiaal toegevoegd met (iets) andere karakteristieken, waardoor de huidige rivierdijk zeer variabel is (zoals te zien is op onderstaande afbeeldingen).

Om variabele dijkopbouw mee te nemen in de beoordeling van de dijkveiligheid, heb ik DETRIS ontwikkeld: ’Dike Erection Tessellation using Regionally Inherited Statistics’. Het algoritme maakt gebruik van statistieken over historisch gebruikte materialen, de grootte van historische dijkversterkingen en de helling van het dijktalud om hypothetische dijkdoorsneden te construeren. Als je de simulatie van een DETRIS-Bemmelsedijk vergelijkt met bouwgeschiedenis van de echte Bemmelsedijk, dan tonen deze veel overeenkomsten. Ook voor nabijgelegen rivierdijken zonder archeologische doorsnede is DETRIS op deze manier in staat om de historische dijkopbouw te simuleren.

Het DETRIS-algoritme kan de zeer variabele dijken simuleren op basis van archeologische dijkeigenschappen. Dit heeft de volgende implicaties:

• De evolutie van de grondwaterdruk bij hoge rivierwaterstanden beter worden ingeschat door niet alleen een variabele ondergrond te gebruiken, maar ook een variabele dijkopbouw. 
• In het rekenen aan dijkstabiliteit kan de variabele dijkopbouw worden meegenomen. Door meerdere scenario’s van dijkopbouw mee te nemen, kan een probabilistische analyse van de dijkstabiliteit worden gedaan.
• Een validatie van de DETRIS-simulaties met hydrologische, geofysische of geologische gegevens kan de betrouwbaarheid van de gesimuleerde DETRIS-dijken verbeteren.

Hoewel het algoritme de dijkopbouw waargenomen in historische dijken nauwkeurig kan nabootsen, blijven er uitdagingen:

• De dijkhistorie in Nederland en het gebruikte dijkmateriaal varieert enorm, waardoor dijken die 1 km uit elkaar liggen er heel anders uit kunnen zien. Omdat het algoritme afhankelijk is van de archeologische waarnemingen waar het op is gebaseerd, wordt het algoritme minder nauwkeurig op locaties waar gedetailleerde archeologische waarnemingen niet dichtbij beschikbaar zijn.
• Variabiliteit in de dijkopbouw is niet puur een gevolg van verschillende versterkingsfasen. Ook dijkdoorbraken en het snel opvullen van de bres met allerlei beschikbaar materiaal kunnen variabiliteit veroorzaken.

Technisch managers binnen de waterschappen zouden het DETRIS-algoritme al kunnen gebruiken om de dijkstabiliteitsberekeningen te verbeteren. Om het algoritme verder te ontwikkelen, is het nodig meer archeologische waarnemingen van dijkopbouw toe te voegen aan de database. Deze zijn nodig om de spreiding van dijk-kenmerken beter in te schatten, wat de DETRIS-voorspellingen van nabijgelegen dijken ten goede komt. Daarnaast zou ik elke samenwerking willen aanmoedigen tussen specialisten op het gebied van dijkveiligheid en dijkgeschiedenis, omdat deze vakgebieden veel meer met elkaar verweven bleken dan eerder werd gedacht. Deze samenwerking kan uiteindelijk leiden tot veel kleinere onzekerheden in schattingen van dijkveiligheid en dus in veiligere rivierdijken in het algemeen.

•  Geoscan en de archeologie van de dijk  
•  Assessing lithological uncertainty in dikes: Simulating construction history and its implications for flood safety assessment ; van Woerkom et al. (wetenschappelijk artikel, in English).