· · · Institutional Repository

Met als bijlage: A0 poster

De centrale vraag is of het Friese boezemstelsel voldoende toegerust is om ook de komende decennia met de middelen die haar ter beschikking staan een toereikend peilbeheer te voeren. Daarom is in dit onderzoek nagegaan hoe het Friese boezemstelsel zich gedraagt onder extreme condities; extreme omstandigheden welke een toekomstige situatie representeren. Daarbij is gebruik gemaakt van een -dimensionaal stromingsmodel van de boezem gedefinieerd in het programma Sobek. Bij het bepalen van de belastingen en randvoorwaarden voor het boezemmodel is nagegaan welke verwachte ontwikkeling deze grootheden gaan doormaken vanaf heden tot aan het jaar 2030; dit jaar is namelijk als richtjaar gekozen. Bijvoorbeeld: zeespiegelstijging (Waddenzee), veranderingen in de streefpeilen van het Lauwersmeer en het IJsselmeer, temperatuurfluctuaties, ontwikkelingen in de neerslag, etc. Voor de formulering van de neerslagbelasting vanuit het afwaterende gebied is uit een jarenlange neerslagreeks een extreme periode geselecteerd. Met een neerlag-afvoermodel voor het afwaterende gebied is de extreme neerslagperiode omgezet in een boezembelasting. Daarbij werd duidelijk dat neerslagpieken worden afgevlakt in de boezemtoevoer vanwege de begrensde capaciteit van de afvoerkunstwerken van de afwaterende gebieden. Het boezemstelsel wordt beoordeeld aan de hand van op diverse locaties gemeten waterstanden. Het boezemstelsel kan worden opgedeeld in 38 zogenaamde karakteristieke gebieden. Voor elk gebied geldt een maximaal toelaatbaar peil. Wordt dit peil gedurende de simulatieperiode overschreden dan heeft het boezemstelsel gefaald en dienen er maatregelen getroffen te worden. Er is een belastingscenario, genaamd BasisSimulatie, gecred, die gekenmerkt wordt door een extreme boezembelasting en hoge buitenwaterstanden (Waddenzee). In dit scenario is het peilbeheer van het Lauwersmeer aangehouden, zoals deze in de huidige situatie wordt gevoerd. De simulatie met dit scenario laat zien dat de eerste overschrijdingen van de maximumpeilen in het Westen van de provincie plaatsvinden, waarna de peiloverschrijdingen zich in de dagen die daarop volgen voordoen in vrijwel het gehele boezemsysteem. Daarnaast valt op dat de boezembelasting de boezemafvoer veruit overtreft. De boezemafvoer kan echter niet verder vergroot worden met de bestaande middelen: er is in de gegeven omstandigheden maximaal afgevoerd, door zowel de sluizen als de gemalen. Gemeten naar de omvang van het afvoervolume vindt de lozing voornamelijk plaats via de Zuidwestelijk en Noordoostelijk gelegen kunstwerken. De oplossing voor de optredende peiloverschrijdingen is gezocht in het opheffen van de discrepantie tussen de omvang van de boezembelasting en van de beschikbare afvoercapaciteit van het boezemsysteem; een tweede simulatie, SimulatiePlus, is uitgevoerd met het boezemnetwerk uitgebreid met een gemaal te Harlingen en een gemaal te Lauwersoog, de laatste verbonden met de boezem ter hoogte van Dokkumer Nieuwe Zijlen via een lateraal kanaal. Deze simulatie toont aan dat in een groot gedeelte van het boezemsysteem geen peiloverschrijdingen meer plaatsvinden en dat het gemaal Harlingen daar het grootste aandeel in heeft. In het Centraal- en Zuidwesten worden wel maxima overschreden, hoewel ook hier significante peildalingen zijn waargenomen ten opzichte van de situatie in BasisSimulatie, maar blijkbaar nog van onvoldoende grootte. Het gemaal Lauwersoog wordt afwisselend met de sluizen van Dokkumer Nieuwe Zijlen in werking gesteld. Dit levert geen verhoogde afvoer via het Noordoosten op. Wel kan het gemaal Lauwersoog op termijn de functie van de D.N.Z.-sluizen overnemen, wanneer het lozen onder vrij verval onmogelijk wordt gemaakt als gevolg van een structureel stijgend Lauwersmeerpeil.

Al enige jaren geleden is Rijkswaterstaat begonnen met een onderzoek naar de mogelijkheid om wilgen als oeverbescherming in kribvakken te laten fungeren, dit in het kader van PMO (Project Milieuvriendelijke Oevers) en Plan Ooievaar. Tot op heden is er zeer weinig bekend over de civieltechnische functie van de wilgen op de kribvakoevers. Om meer helderheid inzake bovenstaand Probleem te scheppen, is in de eerste plaats een. uitgebreid Iiteratuuronderzoek gedaan naar de toepassing van wilgen als biologische oeverbescherming. Verder zijn twee belangrijke aspecten aangaande wilgen in een kribvak onderzocht: 1) de invloed van de wilgen op het stroombeeld en de stroomsnelheden in het kribvak en 2) de invloed van de wilgewortels op de ontgronding rond een enkele wilgestam. Met het computerprogramma DUCHESS zijn berekeningen van de stroomsnelheden in een kribvak gemaakt. De situatie zonder wilgen is vergeleken met die van aanwezigheid van wilgen in het kribvak. Op deze manier bleek het mogelijk om een reductiefactor voor de stroomsnelheid te berekenen. Het wilgenbos is in het computermodel ingevoerd als een grote bodemruwheid, uitgedrukt in een Chezywaarde. Deze waarde is afhankelijk van de waterstand in de rivier, en varieert tussen de 5 en de 40 m1/2/s. Dat DUCHESS goed om kan gaan met een grote, lokale verhoging van de bodemruwheid, bleek uit de vergelijking van gemeten, en met DUCHESS berekende stroomsnelheden in een stroomgoot, waarin lokaal een verhoogde bodemruwheid d.m.v. stokjes is aangebracht. De kwalitatieve en kwantitatieve remming van de stroomsnelheid hangt af van het feit of er in het kribvak een neer ontstaat of niet. Een wilgenbos blijkt een stroomsnelheidsvermindering te kunnen veroorzaken van maximaal een factor 6. De invloed van wortels op de ontgronding rond een enkele wilgestam is onderzocht door middel van ontgrondingsproeven in een stroomgoot, met gebruikmaking van echte wilgewortels. Afhankelijk van de manier van kweken kunnen er verschillende wortelstructuren ontstaan. Bij gezaaide wilgen gaan de wortels vanuit het zaadje een sponsachtige structuur vormen, zodat hier de kans op het ontstaan van een bodembeschermende wortelmat groot is. In de proefvakken langs de rivier worden de wilgen echter gestekt. Een stek wordt in de bodem gestoken. Onderaan deze stek ontstaan talrijke lange en sterke wortels. Om beide wortelstructuren te beproeven zijn de wilgen dan ook op de twee aangegeven manieren gekweekt. Bij aanwezigheid van een wortelmat kan de vermindering van de ontgrondingsdiepte wel 76% bedragen. In de andere gevallen is deze vermindering ongeveer 42%. Ook grind kan voor een grote vermindering van de ontgrondingsdiepte zorgen van 49%. De extra beschermende functie van wortels in de situatie van aanwezigheid van grind, is gering. Concluderend kan men stellen dat een wilgenbos wel degelijk een oeverbeschermende functie in het kribvak kan vervullen. Echter zal aanvullend onderzoek nodig zijn, vooral naar de bodemligging van het kribvak. Onderzocht moet worden of, en in welke situaties een optredende erosie van de oevervoet of de vooroever het wilgenaanplantvak kan bedreigen. Uit de Iiteratuur blijkt dat een oevervoetbescherming nodig kan zijn om uitspoeling van de voorste rij wilgen te voorkomen. Ook wordt hier gesteld dat een rijspakwerk op de oever een betere aanplantmethode is dan te werken met gestoken stekhout. Dit rijspakwerk gaat vanzelf groeien; alleen in de groeifase zal dan een tijdelijke oeverbescherming nodig zijn.

This research focuses on the behaviour of a granular scour protection around piles when the bed is subjected to bed degradation. Furthermore, engineering guidelines are provided to account for bed degradation in the design of the initial scour protection. To address the behaviour of the protection, a physical model is used and to obtain the engineering guidelines, a theoretical approach is used which includes the phenomena that are observed during the physical model tests. As stated by many authors [Breusers et al., 1991; Chiew, 2004; Melville et al., 2000], a granular scour protection around a pile can fail due to several mechanisms. In clear-water conditions these mechanisms include shear failure, winnowing and edge scour and in live-bed conditions two other mechanisms can be added, namely bed degradation and bed form induced failure. This research focuses on the bed degradation mechanism, which can endanger the granular scour protection around a pile. Just like Van der Hoeven [2002] observed during his research on falling aprons, the stones spread evenly over the front and side slopes of the mound, which form after undermining of the protection has led to the ‘falling’ of the edge stones of the protection. This coverage of stones on the slopes of the mound effectively rearmoured the slopes and prevented further erosion. At the back of the mound this rearmouring is not observed, because the high turbulence levels, introduced by both the mound and the pile, caused stones to become unstable in this area. Furthermore, at the front and side slopes, where the slope of the mound was totally covered by the stones of the protection, the slope angles were constant and comparable to the slope angles that Van der Hoeven found in his research, namely 1:2,0. However, a remarkable difference between the observations of Van der Hoeven and the observations of the current research concerns the layer thickness of the protection on the slope. Van der Hoeven observed that the layer thickness after launching of the apron was only 1*df,50 thick, while the current observations show a decreasing layer thickness from the top of the slope to the toe of the mound. The theoretical approach that is used to develop a design formula focuses on the side slopes, where the flow is parallel to the interface between stones and base material. A balance between the volume of the initial protection and the required volume of stones after bed degradation has led to the formulation of the internal slope angle, γ. This angle describes the assumed linearly decreasing thickness along the slope, starting with a certain required thickness at the top, Df,A, to a thickness of only 1*df,50 at the bottom. Because the hydraulic load decreases with increasing distance from the pile and the thickness of the initial protection is based on the maximum load near the pile, the assumption that Df,A is equal to the initial thickness of the protection, leads to a conservative design formula. This approach is however taken in the development of the simplified design formula, which results in a linear relation between the bed degradation and the extra extent of the initial protection that should be constructed to deal with that bed degradation.

Proceedings of a Workshop meeting held at the Faculty of Industrial Design Engineering, Delft University of Technology, The Netherlands, May 29-31, 1991.

Rapport in opdracht van de Gemeente Rotterdam, Projectbureau Stadshavens.

A revetment of pattern placed elements, or a so called pitching, is used worldwide to protect shorelines and embankments. Also in The Netherlands more than 500 km of river, lake and sea dikes is protected by pitchings. Until the 60’s the design and construction of pitchings was based on experience. After the first damages on pitchings and the negative assessment results, an intensive investigation program on pitchings was carried out. The results are commonly used nowadays in the Dutch dike reinforcement works. When comparing pattern placed block revetments with other revetments, the remarkable difference is that the amount of material to be used is significantly less than when using loose riprap. However placing blocks is more labour intensive. This is a specific advantage for countries with a large inexpensive labour force. In China, Vietnam and Bangladesh these are very common constructions. The leakage length L, describing the relationship between top layer elements and sublayer properties, is the most important design parameter; a small leakage length is favourable for the stability of the pitching. The maritime commission of PIANC has in 2007 decided to start a working group to make a small document on the design of pattern placed revetment elements. This PIANC MARCOM working group 57 report is now available (PIANC report 114, 2011). This paper presents an outline of this new knowledge of pattern placed block revetments, required for assessment and design purposes usable all over the world. It follows more or less the contents of the new PIANC report.

Granular filters are used for protection of structures against scour and erosion. For a proper functioning it is necessary that the interfaces between the filter structure, the subsoil and the water flowing above the filter structure are stable. Stability means that there is no transport of subsoil material through the filter to the water above the filter, and there is no filter material removed by the currents above the filter. In principal, two types of granular filters can be distinguished, based on the two criteria enabling erosion: (1) base material can pass the pores in the filter material, and (2) hydraulic load is larger than threshold value: - geometrically sand-tight filters: no transport of base material is possible due to pores in the filter too small to allow base material to pass, -hydrodynamically sand tight filters: the hydraulic load at the interface is less than the threshold value of the base material. In the past various design methods have been published, amongst others by Wörman (1989) for a stable riprap protection at bridge piers without filters, and Bakker et al (1994) with respect to more general riprap protections without filters. All formulas are based on a limited number of tests. Recently, a desk study has been carried out focusing on two particular aspects: 1. interface stability as function of the thickness of the filter layer consisting of standard armour stone gradings, and 2. interface stability of gravel mixtures with a wide gradation. Based on a theoretical approach the study resulted in a new design formula for geometrically-open but hydrodynamically sand tight granular filter structures under currents. The new formula relates the required filter layer thickness to a characteristic diameter of the filter material taking into account the influence of the grading of filter and base material, the influence of turbulence and the damping of the hydraulic load in the filter. Laboratory experiments were carried out to validate the new formula. The paper presents the new design formula including the derivation. Furthermore, experimental set-up, test program and measurements of the laboratory experiments are presented.

Traditional guidelines on rock protection at circular piers predominantly focus on preventing shear failure (by choosing a sufficiently large rock size), winnowing failure (by designing an appropriate filter) and edge failure (by selecting a sufficient extent). In particular areas (e.g. in an eroding river channel or in an area with large-scale bed forms), the rock protection may also face a degradation (lowering) of the bed. As a result, the edges will be undermined and stones will roll down and cover the newly developed slope (a falling apron). This process is not well understood and theoretically-based design guidelines for falling aprons are not available, only empirical relationships for bank revetments. Indicative laboratory experiments were conducted in order to derive guidelines to account for bed degradation in the design of rock protection at circular piers under currents. This paper summarizes the experimental set-up, monitoring techniques, test program and results of the conducted experiments. All tested rock protection layouts consisted of a single stone grading with a sufficient stone size and layer thickness to prevent shear failure and winnowing failure. In total, 7 live-bed tests were conducted with varying current velocities, bed degradation levels and rock layouts. During the tests, the bed protection level near the pier was monitored with video cameras. Before and after each test, the bathymetry was recorded by stereo-photography. The analysis focussed on the successive failure stages, the redistribution of stones over the slope and the evolution in time. The results showed that, as the undermining progressed, the stones at the edges of the protection were redistributed through a combination of rolling, sliding and sinking. Finally, a protective mound was formed, with stones covering the slopes on all sides. The observed stone layer thickness on the slopes gradually reduced towards the outside. A design rule was derived to account for bed degradation by quantifying the stone volume required for a falling apron.