· · · Repository Hydraulic Engineering Reports

De kruinhoogte van de dijk wordt verkregen door bij de genoemde maatgevende waterstand, een waakhoogte (inclusief de golfoploop) op te tellen. De kruinhoogte van de dijk is echter slechts een van de kenmerkende grootheden van een dijkprofiel. De overige grootheden worden bepaald op grond van eisen met betrekking tot de stabiliteit, de aanleg, het onderhoud en het gebruik van de dijk. De kans op het overschrijden van de maatgevende waterstand kan niet zonder meer worden gelijkgesteld aan dekans op inundatie. Afhankelijk van de omstandigheden kan er middels de waakhoogte een grotere of kleinere reserve aanwezig zijn. Een ander punt is dat een waterkering op veel meer wijzen kan falen dan door overlopen of overs lag aIleen. Geconcludeerd kan dus worden dat bij de huidige ontwerpmethode de kans op inundatie in beginsel niet duidelijk vastligt. Voorts wordt opgemerkt dat in de huidige procedure de omvang van de schade onvoldoende tot zijn recht komt in de veiligheidsmarges die gehanteerd worden. Samenvattend kan worden gesteld dat de evenwichtigheid van het ontwerp op dit moment nog veel te wensen overlaat.

Het hierna volgende rapport is het resultaat van een studie, uitgevoerd door werkgroep 10 "Probabilistische methode" van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen. Het beoogt een stap te zijn op een lange weg naar een zo goed mogelijke objectieve bepaling van normen voor risiconiveaus. Het rapport gaat in op de maatschappelijke aanvaardbaarheid van (falen van) (civiel-technische) werken, installaties en activiteiten. Daarnaast spelen economische factoren een rol bij de beoordeling van de aanvaardbaarheid. Voor het bepalen van een maatschappelijk aanvaardbaar risiconiveau worden twee sporen bewandeld, te weten: - een mathematisch economische methode, die, met een hoofdaccent op de schadeverwachting, leidt tot een economisch optimum; - een op ongevalsstatistieken gebaseerde methode, die, met een hoofdaccent op het verwachte aantal doden, leidt tot een (blijkbaar) geaccepteerde ongevalskans.

In de studie die dit rapport beschrijft, wordt verkend hoe groot de (bedrijfs)economische gevolgen zouden kunnen zijn. Resultaten zijn in kaart- en tabelvorm gepresenteerd. Andersoortige gevolgen zoals slachtoffers, emotionele schade en angst, milieuschade of schade aan landschap, natuur of cultuurhistorie zijn niet in beschouwing genomen. Verder zijn zeer globale aannamen gedaan omtrent overstromingspatronen. Met deze globale aanpak is een eerste inzicht verkregen. De resultaten geven enig idee van de grootte van de schade na een overstroming. De dijkringgebieden zijn op vergelijkbare wijze behandeld, waardoor ze onderling vergeleken kunnen worden. Daarmee kunnen de resultaten een - zij het beperkte - rol spelen in veiligheidsvraagstukken en bewustwording van overstromingsgevaar. Door de beperkingen van de methode en de globale aanpak zijn de resultaten beperkt toepasbaar en vooral geschikt voor globale analyses waar een eerste inzicht in de grootte van de schade na een overstroming gewenst is. Zo worden in het rapport toepassingen beschreven als gewenste beschermingsniveaus en de zoektocht naarnoodoverloopgebieden. Verder is duidelijker geworden welke lacunes er nog zijn. Daarmee kan de studie een rol vervullen in de verdere vormgeving van het gewenste onderzoek en methodiekontwikkeling.

De TAW heeft een methode ontwikkeld voor het bepalen van overstromingskansen en met succes de bruikbaarheid getoetst op vier dijkringgebieden. Op basis hiervan adviseert de TAW u om in een periode van twee jaar de overstromingskans van alle 53 dijkringgebieden te laten berekenen en de meest urgente kunstwerken aan een nadere inspectie te laten onderwerpen. Daarmee wordt het inzicht in zwakke schakels aanzienlijk verdiept en verbreed. Omdat de beheerders hiervoor gegevens beschikbaar zullen moeten stellen, adviseer ik u om hierover op korte termijn met de beheerders in overleg te treden. De TAW is tevens voornemens de komende twee jaar samen met andere betrokkenen voor heel Nederland een eerste schatting te maken van de potentiële schade van een overstroming en om meer aandacht te besteden aan onzekerheden, teneinde de berekende overstromingskans een betere benadering te laten zijn van de werkelijke overstromingskans.

Suitable methods for the determination of partial safety factors were investigated. The safety formats adopted in a number of national codes and standards are reviewed. Safety provisions currently used in the design of aircraft, ships and structures for nuclear energy plants are discussed. A study has been made of various constraints which should be considered in code drafting. These include requirements for human safety, economic considerations, legal obligations, insurance requirements and statutory control. It has been concluded that statistical reliability theory has been sufficiently developed to provide basis for calculating probabilities of attaining a limit state. Present knowledge in the field is reviewed and recommended Level II procedure is summarised. Examples are given of application of the method to a wide range of structural problems.

Many countries are reassessing their approaches in the face of improved understanding of flood risks. The Japanese Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (MLIT), the Dutch Rijkswaterstaat, the United Kingdom Environment Agency, and the United States Army Corps of Engineers agreed in 2009 to develop a document to explore risk-informed approaches as being practiced and developed primarily in those four countries. Although very different in frequency and scale of flooding as well as cultural and governmental characteristics, each country had significant efforts underway to better orient its practices to flood risk realities, including those induced by altered land use and by climate change and variability. The quadric-lateral collaboration was envisioned as a continuing step in international collaboration and as one means for each country to learn from the other countries’ experiences. This document, the result of that collaboration, reflects contributions from agencies within the four participating nations but is not an official position of any government or international organization. The document is organized around a conceptual framework developed to encompass flood risk drivers, risk assessment, and the source-path-receptor concept; the flood risk management cycle with its overarching policies and supporting players and mechanisms; and the adaptive management cycle of maintenance, monitoring, evaluation, and adjustment over time. Differences in scale are addressed through consideration of national and regional/local levels. The document highlights the approaches in each country, the drivers for those approaches, and practices that are working or hold particular promise. Specific examples illustrate various approaches without trying to fully reflect the entirety of any one country’s effort or to include an example from each country for any particular aspect.

Een gebruikelijke indicator voor het risico vanuit het individuele of persoonlijke perspectief is het Plaatsgebonden Risico (PR). Deze indicator geeft aan hoe groot de kans is dat een persoon, die een jaar lang permanent aanwezig zou zijn op een bepaalde locatie, overlijdt als gevolg van een overstroming. In de gangbare definitie wordt daarbij geen rekening gehouden met risicoreductie door zelfredzaamheid of evacuatie. Echter, vanwege de aanwezige mogelijkheden voor preventieve evacuatie in veel overstroombare gebieden geeft het PR voor overstromingen geen goed beeld van het werkelijke risico. Daarom wordt in dit rapport een op overstromingen toegespitste indicator gehanteerd: het Lokaal Individueel Risico (LIR). Het LIR is het PR gecorrigeerd voor het effect van preventieve evacuatie. Het LIR is een betere indicator voor het werkelijke slachtofferrisico bij overstromingen dan het PR (De Bruijn, 2009). Vanuit het maatschappelijk perspectief is het van belang om te kijken naar de kans op een groot aantal slachtoffers in één keer. Een overstroming met een groot aantal slachtoffers kan leiden tot maatschappelijke ontwrichting en heeft een grotere impact dan vele kleine incidenten. Dit aspect komt tot uitdrukking in het groepsrisico. Het groepsrisico wordt ook als risicomaat gebruikt in het Nederlandse externe veiligheidsbeleid. Een gebruikelijke weergave van het groepsrisico is de FN curve, een grafiek die de kans (1-F) op N of meer slachtoffers weergeeft. Bij een grootschalige overstroming kunnen meerdere dijkringen tegelijk overstromen. Vanwege deze dijkringoverstijgende scenario’s is het van belang de FN curve voor Nederland als geheel te beschouwen. Naast het groepsrisico op nationaal niveau presenteert dit rapport ook groepsrisico’s voor verschillende deelsystemen binnen Nederland. Tevens laat het rapport zien welke dijkringdelen de grootste bijdrage ‘leveren’ aan het groepsrisico.

De methodiek beschreven in dit document is een instrument dat de beleidsontwikkeling van de provincie Zuid-Holland ondersteunt door inzichtelijk te maken welke risico’s verbonden zijn aan het toestaan van functies in buitendijkse gebieden voor de komende 50 tot 100 jaar. Bij het bepalen van de risico’s wordt in de methodiek rekening gehouden met klimaatverandering. Hoofdstuk 2 beschrijft hoe het risico kan worden bepaald voor de verschillende schadecategorieën. Hoofdstuk 3 beschrijft de toetsing van de risico’s aan de oriëntatiewaarden. Hoofdstuk 4 geeft een kort overzicht van mogelijke risicoreducerende maatregelen. In hoofdstuk 5 zijn aanbevelingen opgenomen voor nader onderzoek.

In het interimrapport van TAW-E [1) en in het rapport "Enkele gedachten aangaande een aanvaardbaar risico-niveau in Nederland" [2) zijn criteria ontwikkeld voor de bepaling van een toelaatbare inundatiefrequentie voor een dijkring. In de onderhavige studie zijn deze criteria uitgewerkt voor een concreet geval, de dijkring Alblasserwaard/Vijfheerenlanden. De studie kan deels gezien worden als een opvolger van de in de vijftiger jaren door Van Dantzig [3) uitgevoerde berekeningen naar de (economisch) meest gewenste dijkhoogte. Doel van de studie was om na te gaan of de voorgestelde procedure tot bruikbare resultaten kan leiden, de beperkingen ervan vast te stellen en om aan te geven welke gegevens en rekenmodellen nog verdere studie zouden vergen. In figuur 1.1 is het beschouwde gebied weergegeven. Aan de noordzijde wordt het begrensd door de Lek, aan de westzijde door de Noord, aan de zuidzijde door de Boven- en Beneden-Merwede en aan de oostzijde door de Diefdijk en de Lingedijk.

Samenvattende resultaten van het onderzoek naar de veiligheid van Nederland tegen overstromen. Er is een dijkring benadering toegepast, overstromingsrisico's zijn berekend. In principe zijn alle faalmechanismen in dit onderzoek meegenomen.

Veiligheid Nederland in Kaart heeft een nieuwe methode ontwikkeld en toegepast om de gevolgen van overstromingen te berekenen. Voor drie dijkringen zijn de slachtoffers en de economische schade op gedetailleerde wijze berekend door rekening te houden met verschillende overstromingsscenario's. Voor de overige dijkringen zijn de gevolgen op meer globale wijze bepaald. Ook voor het bepalen van de overstromingskansen is een nieuwe methode toegepast. Essentie van de methode is dat verschillende zogenaamde faalmechanismen een overstroming in gang kunnen zetten: niet alleen extreem hoge waterstanden, maar ook instabiliteit van een dijk of het niet tijdig sluiten van een kunstwerk. Ieder faalmechanisme levert een kans op een overstroming op. De kansen op alle faalmechanismen samen bepalen de overstromingskans van een dijkring. Met deze methode zijn de overstromingskansen van 16 van de 53 dijkringen in kaart gebracht. De 16 dijkringen zijn zo gekozen dat zij samen een representatief beeld geven van de veiligheid in Nederland op het gebied van overstromingen. Uit de berekeningen blijkt ook waar de relatief zwakke plekken in de waterkeringen zitten. Voor het toepassen van de nieuwe methoden zijn veel gegevens nodig, onder meer over de ondergrond van dijken en kunstwerken. Deze gegevens zijn in een aantal gevallen met veel onzekerheden omgeven. Essentieel onderdeel van kansberekeningen is dat de grootte van de onzekerheid expliciet verwerkt wordt in de berekening. Hoe groter de onzekerheid, des te groter de kans. Nader onderzoek kan in een aantal gevallen de onzekerheid verkleinen. In dat geval zullen ook de overstromingskansen lager uitvallen. In de volgende fase van Veiligheid Nederland in Kaart zal dit onderzoek plaatsvinden. Dan pas kunnen de overstromingskansen op robuuste wijze vastgesteld worden.

Throughout history, rivers have provided people with ideal settings for development, which includes fertile farmland, water supply, convenient waterway for transportation and commerce, waste disposal and energy generation, which are essential for the expansion of human civilisation. Ironically, rivers often flood their banks, threatening the safety of the societies they support and causing, according to statistics, about one third of all deaths, one third of all injuries and one third of all damage from natural disasters. So how have societies coped with river floods in the past? What are the strategies and measures used and what are the historical, cultural, social, technical, managerial, economic and environmental justifications? What lessons can be leamt from their experience? To investigate this, 3 cases - Vietnam (Red River & Mekong River), China (Yellow River) and USA (Mississippi River) - with a long history of floods and whose economies can respectively be categorised as developing, newly industrialised and developed, were studied and a comparative analysis made. With topography comparable to the Netherlands, which is renowned for its success in coping with floods, the cases also offered an opportunity to see how population density and political situation may affect the strategies and measures adopted. The results of the study showed that living-with-flood, non-structural, and structural strategies are all used to cope with floods. The non-structural measures adopted by the 3 cases are essentially similar but differ substantially in content. Vietnam (Mekong) and China (Flood Storage Detention Areas) utilise the living-with-flood strategy more than USA, which has a strong preference for the structural strategy. In China, greater emphasis is laid on non-structural and structural strategies compared to the living-with-flood. This is best described by their catchphrase "Retain water in the upper reaches, Release it in the lower reaches and Detain it along the banks ofthe river". History, culture, political state, state of the economy, environment, and the way the society views flood control and water management were found to affect the strategies and measures adopted to cope with floods. The more the people appreciate the benefits and cultural values of the river and the land, the more likely they are to apply non-structural strategies and measures. When viewed mainly as key to economic development, prosperity and quality of life, there is a stronger emphasis on structural strategies and measures. There were 4 phases observed in the development of strategies and measures to cope with floods: a formation phase, growth phase, completion phase and perfection phase. These are respectively characterised by a predominance of the living-with-flood strategy; a combination of simple nonstructural and structural strategies; a predominance of structural strategy; and a balanced combination of structural, non-structural and living-with-flood strategies. The phase of a particular society is a direct function of the level, strength and state of its civilisation. A comparative analysis of more case studies was recommended to investigate whether the above 4phase- development model is also applicable to them. The study conc1udes that the Netherlands, as weIl as Kenya, can leam from the above case studies. One of the lessons leamt is that though flood dangers and impacts can be mitigated or alleviated by decreasing the probability of aflood value to be as small as economics and policy of coping with floods can justify, floods cannot be eliminated or avoided completely, as this probability can never be zero. However, by carefully studying each particular flood situation and focussing more on the Perfection phase, where the most suitable combination of measures from the 3 strategies are applied, we can continually improve the way we cope with floods.

In the low-lying coastal regions coastal defence structures are usually designed with a main function to protect the hinterland from highly vulnerable to coastal flooding. Sea dikes are usually the most common and important elements which form the coastal flood defence system. Sea dikes are designed at a pre-defined circumstance and requirement. For instance, dikes are designed where no overtopping; some overtopping; or large overtopping water is allowed. The most interesting issues at the preliminary design stages of a sea dike are its height and layout and associated overtopping discharge criteria. There have been many discussions on whether sea dikes should be designed high enough to not allow any overtopping water or using relatively low but “strong” dikes in order to allow for some to large overtopping water. First option leads to a very high and big dike as, for example, as in most sea dikes in the Netherlands. The second option needs a transitional area to store the overtopping water or to have a way to release and/or collect the overtopped water as well as a proper resistance of upper and inner parts of the dikes to avoid erosion due to overtopped water. Recently, the ComCoast project develops and demonstrates innovative solutions for flood protection in coastal areas. In which different types of dike cross section and layouts of defensive system were proposed. Concepts of defensive zones are presented beside the already existing concept of defensive lines. However, within the ComCoast1 project, attentions are paid mainly to developments of the innovated concepts rather than focusing on comparison of the proposed system with the conventional sea defences. Thus, there is still lack of guidance and comparative tools to determine the best choice amongst the conventional or innovated options in decision making process. This study focuses on development of the comparative framework and generic guidance to support the decision making process in selection of the best suitable layout option of the sea dike system for a given location. Based on overtopping criteria two situations are considered for the analysis: (i) using one defensive line; (ii) using two defensive lines (defence zone). The multi-criteria analysis, which takes social, economic, environment and technical aspects into account, and the cost-benefit analysis, are used in the selection of the best option. Finally application is made for several case studies of coastal flood defence in Vietnam.

After the flood disaster in 1953 in the southwestern part of the Netherlands, Van Dantzig tried to solve the economic-decision problem concerning the optimal height of dikes. His formula with a fixed exceedance probability after each investment (Econometrica, 1956) is still in use today in cost benefit analysis of flood-protection measures. However, his solution is both incomplete and wrong. In the context of economic growth, not the exceedance probability but the expected yearly loss by flooding is the key variable in the real optimal safety strategy. Under some conditions, it is optimal to keep this expected loss within a constant interval. Therefore, when the potential damage increases by economic growth, the flooding probability has to decline in the course of time in order to keep the expected loss between the fixed boundaries. The paper gives the formulas for the optimal boundaries for a more complicated problem which is more in line with engineering experience. One condition is that the rate of return at the moment of investment (FYRR) has to be zero (or positive). Then the net present value (NPV) of a safety investment will be very positive or even infinite. Therefore, in case of economic growth the well-known NPV criterion in cost benefit analysis of a single project is not a sufficient criterion for investing. An application of the model with the original figures for the dike ring Central Holland has been added as well as a recent application for dike-ring areas along the river Rhine.

Doel van de notitie is het formuleren van een algemeen toepasbare toetsnorm voor waterveiligheid op basis van kosten-batenanalyse (KBA).1 Deze nieuwe norm moet zoveel mogelijk dezelfde strekking hebben als de huidige wettelijke toetsnorm om waterkeringen goed of af te keuren. Zo kan de hoogte van de huidige normen met behulp van dit nieuwe begrip worden vergeleken met uitkomsten op basis van KBA. Deze nieuwe toetsnorm is daarmee een van de bouwstenen voor de keuzes die binnenkort gemaakt gaan worden in het kader van het project Waterveiligheid 21e eeuw (WV21).2 Doel van het project WV21 is onder andere te komen tot nieuwe wettelijke veiligheidsnormen voor alle dijkringen in Nederland, zowel wat hun vorm als hun getalswaarde betreft. Er zijn op dit moment echter twee verschillende methoden om te komen tot optimale investeringsprogramma’s ter verbetering van de veiligheid tegen overstromen. Geen van beide methoden levert direct een maat die qua werking goed vergelijkbaar is met de wettelijke norm. De notitie laat zien dat er toch binnen beide methoden eenzelfde goed toepasbare toetsnorm is te definiëren, namelijk de middenoverstromingskans. De notitie toont aan dat deze norm is af te leiden uit een aan beide methoden ten grondslag liggend KBA-model en dat deze norm voldoet aan de eisen die aan een goede toetsnorm kunnen worden gesteld. Tot slot staan er in dit memorandum cijfers voor de middenkans voor de dijkringen betrokken bij Ruimte voor de Rivier en voor twee VNK voorbeelddijkringen 7 en 36.

After the flood disaster in 1953 in the southwestern part of the Netherlands, Van Dantzig tried to solve the economic decision problem concerning the optimal height of dikes. His solution has a fixed probability of flooding after each investment (Econometrica, 1956). However, when there is economic growth, not the probability of flooding but the expected yearly loss by flooding is the key variable in the real optimal safety strategy. Under some conditions, it is optimal to keep this expected loss within a constant interval. Therefore, when the potential damage increases by economic growth, the flooding probability has to decline in the course of time in order to keep the expected loss between the fixed boundaries. The purpose of the paper is to show the implications of the optimal solution in case there are differences between costs and benefits among dike-ring areas. Further, the paper focuses on the translation of the theoretical results into new legal standards that can work well in practice.

In CPB memorandum 195 is een voorstel gedaan voor een toetsnorm op basis van kostenbatenanalyse om na te gaan of dijkringen voldoende veilig zijn voor overstromingen. Naar aanleiding van ervaringen in de praktijk bevat dit memorandum het voorstel om de berekening van de toetsnorm voortaan uitsluitend te baseren op de eerstvolgende investering (aan het einde van de periode zonder investeren) en de daardoor bereikte vermindering van de verwachte schade. Dit betekent dat de investeringen die (eventueel onmiddellijk) plaatsvinden aan het begin van een periode, niet meer meetellen in de bepaling van de toetsnorm voor die periode.1 In december is de definitie aangevuld voor het geval er wordt gerekend met verschillende disconteringsvoeten voor schade en investeringskosten.

De vraag is gerezen of de toetsnorm voor waterveiligheid goed wordt bepaald als er geen rekening wordt gehouden met de mogelijkheid dat de schade bij overstromen afhangt van de waterhoogte bij overstromen of de kans op die overstroming. Het achterliggend idee is: Hoe extremer de gebeurtenis, des te groter is de overstroming en de daaruit volgende schade, maar des te kleiner is de kans daarop. Vooral langs de kust lijkt deze modeluitbreiding van belang evenals bij ‘doorbraakvrije’ dijken, omdat de schade dan afhankelijk wordt van de hoeveelheid water die over de dijk loopt. Op het eerste gezicht lijkt het dat de met het eenvoudige model berekende optimale overstromingskansen altijd te hoog zijn omdat de mogelijkheid van grotere schade niet is meegenomen in de optimalisatie. Maar in dit memorandum wordt aangetoond dat dit niet zonder meer het geval is. Als de schade afhankelijk is van de waterhoogte bij overstromen, is er op korte termijn geen verschil in de berekende middenkans, maar op lange termijn wel. Als de schade afhankelijk wordt gemaakt van het verschil tussen waterhoogte en dijkhoogte,1 is er geen invloed op de middenkans op voorwaarde dat we in de berekening de gemiddelde schade bij overstromen gebruiken en niet de kleinst mogelijke. Dit is met name van belang bij de bepaling van normen voor ‘doorbraakvrije dijken’, want dan is de kleinste schade van een overstroming afgerond nul. Daarom wordt tenslotte de vraag gesteld of een breekbaarheidscurve wel een nuttig concept is, of dat deze beter kan worden vervangen door een relatie tussen de omvang van een overstroming en de waterhoogte.

In de wet staan normen voor de bescherming van grote delen van Nederland tegen overstromingen. Deze normen zijn gebaseerd op omstandigheden en berekeningen uit de jaren zestig van de vorige eeuw. Sinds die tijd zijn de mogelijke gevolgen van een overstroming fors toegenomen: de economische waarde achter de dijken is gestegen en de bevolking is gegroeid. Ook is de methode van de berekeningen verbeterd. In het project Waterveiligheid 21e eeuw onderzoekt het ministerie van Verkeer en Waterstaat of de wettelijke normen nog voldoen. Onderdeel van het project is een kosten-batenanalyse, die antwoord moet geven op twee vragen: 1. Wat zijn de economisch optimale veiligheidsniveaus per dijkring of deel daarvan?; 2. Welke kosten zijn daaraan verbonden? De kosten-batenanalyse komt in twee fasen tot stand. De eerste fase bestaat uit een globale, kengetallen kosten-batenanalyse (KKBA). De KKBA levert een globale indicatie van optimale veiligheidsniveaus en een schatting van de kosten op. Maar vooral maakt de KKBA duidelijk welke parameters met name bepalend zijn voor de optimale veiligheidsniveaus en welke informatie ontbreekt voor een volwaardige kosten-batenanalyse. Dit rapport geeft de resultaten van de KKBA. Als tweede fase volgt in 2010 de volwaardige kosten-batenanalyse WV21.

EXCIMAP is a European exchange circle on flood mapping. The aim of the European Exchange Circle on Flood Mapping is to gather all existing experiences and know-how in Europe and to improve flood mapping practices. This exchange circle facilitates the exchange between European countries, helps to build a common work base, and improves comprehension and communication on the subject in Europe. As a practical outcome EXCIMAP established the present guide to give an overview of the existing good practices for flood mapping in Europe, including an atlas of examples from all over Europe as an annex to this guide. EXCIMAP was launched in January 2006. In 2007 EXCIMAP consists of nearly 40 representatives from 24 European countries or organizations. They all contributed to the guide at hand.