Innovatieve pipingproef in de Hedwigepolder
Waterschap Hollandse Delta heeft in samenwerking met Fugro, Deltares en het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP) een innovatieve praktijkproef uitgevoerd om de sterkte van dijken op getijdenzand in relatie tot piping te onderzoeken. Die proef vond plaats in het ‘living lab’ in de Hedwigepolder, een testgebied voor onderzoeken naar waterveiligheid.
Wat is piping?
Bij piping stroomt er water met zanddeeltjes onder een dijk door. Door het verschil in waterstand en daarmee druk aan de buiten- en binnenkant van de dijk, gaat er water stromen en ontstaat er een kanaaltje (een ‘pipe’) onder de dijk. Als het gaat om kleine hoeveelheden water, is dat geen probleem. Een grotere waterstroom die zand meevoert, kan een dijk daarentegen ernstig verzwakken of zelfs doen instorten.
Wat is het doel van de proef?
In 2020 is door Fugro, Deltares en Wetterskip Fryslân een pipingproef langs de Friese Waddenkust uitgevoerd. Toen bleek dat zand dat door zee is aangevoerd, het zogenoemde getijdenzand, minder gevoelig lijkt te zijn voor piping dan zand dat door rivieren is afgezet. Getijdenzand bevat meer kleideeltjes en kleilaagjes dan rivierzand en is daardoor veel minder doorlatend. Water stroomt langzamer en zandkorrels komen minder snel in beweging.
De huidige rekenregels die door waterschappen worden gebruikt bij het beoordelen van dijken, zijn gebaseerd op dijken op rivierzand. Met de pipingproef in de Hedwigepolder wilde Waterschap Hollandse Delta de eerdere proef in Friesland op een grootschalige manier toetsen. Daarnaast is het doel om te onderzoeken hoeveel sterker getijdenzand is dan rivierzand. Met die kennis kan vervolgens worden bepaald wat de consequenties zijn voor de beoordeling en versterking van dijken.
Waarom in de Hedwigepolder?
De Hedwigepolder, die aan de natuur wordt teruggegeven, bood Waterschap Hollandse Delta een unieke kans om de pipingproef uit te voeren. Piping is een proces dat je niet wil opwekken in bestaande dijken, die waterveiligheid juist moeten waarborgen en dus niet moeten verzwakken.
Dankzij het project Living Lab Hedwige-ProsperPolder (LLHPP) is de Hedwigepolder ingericht als testgebied voor veldonderzoeken naar waterveiligheid. Dit project is een initiatief van het Vlaamse Waterbouwkundig Laboratorium (WL) en Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA). Het testgebied bood de mogelijkheid om een kunstmatige dijk te bouwen en een pipingsituatie na te bootsen.
Ondanks dat de Hedwigepolder in het beheergebied van Waterschap Scheldestromen ligt, is juist Waterschap Hollandse Delta gevraagd om de proef te begeleiden vanwege hun kennis en kunde.
Hoe is de proef uitgevoerd?
Op getijdenzand is een kunstmatige dijk gebouwd van ruim één voetbalveld groot en ruim zeven meter hoog. Deze dijk had twee identieke proefopstellingen, een zuid- en een noordvak. Daarmee kon de proef tweemaal worden uitgevoerd en kunnen de resultaten tegen elkaar worden afgezet. Om niet heel veel water nodig te hebben en de zandlaag volledig te kunnen vullen, is een waterdicht scherm van damwanden rond de proeflocatie aangebracht. Door middel van meerdere verticale filters is vervolgens polderwater in het getijdenzand geïnfiltreerd. Zo kon hoogwater worden gesimuleerd.
Na een paar dagen ontstond in de sloot aan de binnenzijde van de dijk een zandmeevoerende wel. Daarbij borrelt water omhoog en wordt zand van onder de dijk meegevoerd. Zo’n wel is het zichtbare teken dat een pipe is gevormd. De proef was gelukt!
Hoe zijn data verzameld?
Om zo optimaal en compleet mogelijk in beeld te brengen hoe de pipe zich onder de grond vormde, zijn verschillende, innovatieve meettechnieken gebruikt. Van waterspanningsmeters en glasvezelsensoren tot elektrische weerstandsmetingen en infraroodmetingen. Daarnaast heeft Fugro een zelf ontwikkelde AMPT-sondeertechniek ingezet. Daarmee hebben ze de grondopbouw in beeld gebracht en kon de doorlatendheid, zowel horizontaal als verticaal, per grondlaag worden bepaald.
Om ook fysiek in beeld te brengen hoe de pipe was gevormd, werd in eerste instantie bietensap in de pipe gegoten. Deze rode vloeistof vermengde zich echter met het grondwater en verspreidde zich daardoor in het veld. De pipe werd vervolgens opgevuld met egaline, elastisch materiaal dat langzaam uithardt. Zo kon een afdruk van de pipe worden gemaakt.
Tot slot is de dijk volledig afgegraven en is de ontstane pipe blootgelegd. Onderzoekers namen bodemmonsters en maakten beeldmateriaal. Het tafereel had wat weg van een archeologisch veldonderzoek.
Met de bodemmonsters worden in het laboratorium van Deltares nu schaalproeven uitgevoerd, om de resultaten uit het veld in een geconditioneerde omgeving te valideren.
Wat betekenen de eerste resultaten?
De pipingproef in de Hedwigepolder levert een hoop waardevolle informatie op. De eerste voorzichtige resultaten lijken te bevestigen dat dijken op getijdenzand inderdaad beter bestand zijn tegen piping dan dijken op rivierzand. Als dit klopt, hoeven dijken op getijdenzand wellicht minder vaak of in beperktere mate versterkt te worden. Dat zou een flinke besparing betekenen. Een dijkversterking kost namelijk veel geld en er zijn, zeker langs de kust, veel dijken op getijdenzand. Bovendien kan een dijkversterking ingrijpend zijn voor de omgeving.
De resultaten zouden ook effect kunnen hebben op de wijze waarop dijken worden versterkt. Mogelijk kan in de toekomst bij een dijkversterking worden gekozen voor een andere zandopbouw met meer getijdenzand.
Fugro en Deltares gaan nu alle data analyseren. De uitgewerkte resultaten van de proef worden verwacht in het eerste kwartaal van 2022. De resultaten kunnen worden gebruikt voor de beoordeling en versterking van dijken in Nederland en België, maar ook in andere gebieden met vergelijkbare afzettingen, zoals de Mississippi-delta.
Deze innovatieve praktijkproef levert dan ook een waardevolle bijdrage aan de verdere ontwikkeling van waterveiligheid, nu en in de toekomst.