Snel beoordelen van grote aantallen niet-waterkerende objecten op waterkeringen

De Waterwet schrijft voor dat alle primaire waterkeringen in Nederland elke 12 jaar beoordeeld worden op veiligheid. Sinds 2017 gebeurt dit aan de hand van het Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium (WBI 2017). Onderdeel hiervan is het beoordelen van de invloed van niet-waterkerende objecten (NWO’s) op de veiligheid van de waterkering. Een NWO is een object dat in, op of nabij de waterkering staat en mogelijk een negatieve invloed heeft op de stabiliteit en veiligheid van de waterkering. Voorbeelden zijn bomen, gebouwen en leidingen.

Het Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimperwaard (HHSK) heeft in, op en nabij haar 70 km primaire keringen bijna 18.000 bomen en ruim 3.000 gebouwen staan. De invloed van al deze objecten op de waterveiligheid moet beoordeeld worden. Echter is de standaard beoordelingsmethode conform het WBI2017 minder geschikt voor grote aantallen objecten. Om de NWO’s van HHSK te kunnen beoordelen hebben Iv-Infra en TAUW gezamenlijk een methode ontwikkeld die geschikt is voor grote aantallen objecten. De methode valt binnen de ‘Toets op Maat’ van het WBI2017.  

Om grote aantallen te kunnen beoordelen is het wenselijk om het aantal individuele berekeningen en de benodigde gegevens beperkt te houden. Daarnaast moet de methode geschikt zijn voor automatisering, zodat zo min mogelijk handwerk noodzakelijk is. Een tweede eis was, in het kader van de zorgplicht, dat niet alleen de invloed van de objecten op de faalkans binnen de ‘standaard’ faalmechanismen wordt meegenomen, maar dat er ook een oordeel over de objecten zelf wordt gegeven. Hiermee is het namelijk makkelijker om beheer en beleid vorm te geven, bijvoorbeeld door het kappen van bepaalde bomen die een gevaar vormen.

De eerste stap van de ontwikkelde methode is het toekennen van een risicoklasse tussen I (verwaarloosbaar risico) en V (groot risico) aan alle objecten. De risicoklasse van een object wordt bepaald door te kijken naar het faalpad, oftewel de gebeurtenissen die achtereenvolgens op moeten treden voordat een overstroming ontstaat. Dit wordt gedaan per faalmechanisme (macrostabiliteit, piping etc.) en per zone van het dwarsprofiel (kruin van de kering, binnentalud etc.) waarin het object zich bevindt. Kansen per gebeurtenis worden ingeschat door middel van expert judgement. Hoe meer gebeurtenissen achtereenvolgens op moeten treden en hoe kleiner de kans van optreden per gebeurtenis, hoe lager de risicoklasse. Bij het toekennen van de risicoklasse wordt ook rekening gehouden met de (reeds uitgevoerde) ‘reguliere’ beoordeling van het dijkvak.

Voor het indelen van de objecten in risicoklasses is alleen informatie nodig over de locatie van het object op de waterkering. Door de risicoklasse vervolgens te combineren met de categorie waarin de WBI-beoordeling van het dijkvak valt, wordt een eerste toetsoordeel gegeven. Wanneer zowel de faalkans van het dijkvak als de risicoklasse van het object laag zijn kan het object worden ‘goedgekeurd’, zo niet wordt de beoordeling voortgezet. Het voordeel hiervan is dat bij de volgende beoordelingsronde dit oordeel van de objecten eenvoudig bijgewerkt kan worden door de resultaten van de nieuwe beoordeling van het dijklichaam in te voeren (de risicoklasses blijven in principe gelijk).

De objecten die niet zijn goedgekeurd op basis van de risicoklasse worden ingedeeld in clusters op basis van het faalmechanisme, de zone van de waterkering en eigenschappen van de dijk. Per cluster wordt het maatgevende object bepaald, waarvoor vervolgens een berekening wordt uitgevoerd. Door per cluster alleen het maatgevende object te beschouwen blijft het totaal aantal berekeningen beperkt. Voor dit project zijn in totaal 74 clusters onderscheiden.

Per cluster wordt de bestaande berekening van het dijklichaam aangepast om hierin de invloed van het object mee te nemen, bijvoorbeeld door het schematiseren van een ontgrondingskuil (als gevolg van een omgevallen boom) in de stabiliteitsberekening. Door de faalkansen van deze berekeningen met elkaar te vergelijken kan een ‘invloedsfactor’ worden bepaald, die aangeeft hoeveel groter de faalkans wordt door het meenemen van de invloed van het NWO. Deze factor wordt vervolgens toegepast op de faalkans van alle dijkvakken met objecten binnen dit cluster. Indien de faalkans van het dijkvak met invloed van het NWO in dezelfde categorie valt als zonder NWO, worden alle objecten van het cluster in het specifieke dijkvak goedgekeurd. Als de categorie wel verandert worden de objecten afgekeurd, waarbij wordt opgemerkt dat aanscherping mogelijk is door de overgebleven objecten individueel te beschouwen.

Om de grote aantallen objecten snel te kunnen toetsen zijn grote delen van de methode geautomatiseerd. Zo heeft de 3D-scanauto van Iv-Infra over de dijk gereden, waarmee een puntenwolk van de omgeving van de waterkering is gemaakt. Op basis van deze puntenwolk kunnen met zelfontwikkelde scripts objecten worden herkend en parameters zoals de boomhoogten en stamdiameter worden afgeleid. 

Met GIS-scripts is vervolgens per een object een dwarsprofiel gegenereerd, op basis waarvan is bepaald in welke zone van de waterkering het object staat en in welk toetsvak (per faalmechanisme) het object gelegen is. Op basis van het toetsvak zijn de categorie van de beoordeling van het dijklichaam en de belangrijkste gegevens van het faalmechanisme aan het object gekoppeld. Op deze manier kan ook per object automatisch een risicoklasse en (na het indelen  van de objecten in clusters) een invloedsfactor worden bepaald.

Op basis van de indeling in risicoklasses konden ruim 9.000 van de bijna 18.000 bomen, en ongeveer 1.700 van de 3.000 gebouwen, direct worden goedgekeurd. Van de overgebleven objecten kon over ca. 6.000 bomen en 1.200 gebouwen (nog) geen oordeel worden geveld, omdat de WBI-beoordeling van het dijklichaam nog niet was uitgevoerd. De resterende objecten zijn verder beoordeeld op basis van clustering en bepaling van de invloedsfactor. Dit heeft er uiteindelijk toe geleid dat alle gebouwen, en het merendeel van de bomen, konden worden goedgekeurd. 

238 bomen zijn ‘afgekeurd’ op één of meerdere faalmechanismen. De voornaamste reden hiervoor is dat zij op het buitentalud of de kruin van de waterkering staan, waar deze kering grotendeels uit zand bestaat. Wanneer deze bomen omwaaien kunnen zij een gat in de bekleding van de waterkering veroorzaken, waardoor het dijklichaam snel kan eroderen bij een maatgevende storm. Omdat het optreden van deze storm gecorreleerd is aan het omwaaien van de bomen is de kans op tijdig herstel klein, in tegenstelling tot de meeste andere objecten.