Duurzaam Dijkontwerp langs “Moedertje Maas”

Arnout van Linde (Fugro), Martin van der Meer (Fugro), Casper van Wijk (Ploegam), Gert-Ruben van Goor (Fugro)

INLEIDING

Binnen gebiedsontwikkeling Ooijen-Wanssum heeft Mooder Maas (combinatie Ploegam en Dura  Vermeer) een tweetal innovatieve dijkconcepten gerealiseerd: de Steilranddijk en de Hoge  Gronddijk. Deze dijken kenmerken zich door een landschappelijk hoogwaardige inpassing in het Maasdal en het gebruik van gebiedseigen grond die vrijkomt binnen het project. Dit heeft geresulteerd in een duurzaam en aantrekkelijk dijkontwerp waarbij natuurontwikkeling, medegebruik op de dijk en waterveiligheid hand in hand gaan. Het hoogwater van zomer 2021 trad een maand na oplevering van het dijktraject op en heeft gefungeerd als een perfecte test van het dijktraject.

Gebiedsontwikkeling Ooijen-Wanssum is een integraal project van de Provincie Limburg, Rijkswaterstaat, Gemeente Venray, Gemeente Horst aan de Maas en Waterschap Limburg. De uitvoering is in handen van Mooder Maas, een combinatie van Dura Vermeer en Ploegam. De naam verwijst naar de koosnaam die men in dit gebied heeft voor de rivier: ‘Moedertje Maas’, geliefd en gevreesd.

Tot juli 2021 zijn van Broekhuizen tot Geijsteren (Noord Limburg) tal van maatregelen genomen om de waterveiligheid te verbeteren: de Oude Maasarm wordt gereactiveerd, er worden ca. 20 km nieuwe dijken aangelegd of aangepast en er komen twee hoogwatergeulen. In Wanssum is de haven uitgebreid en een rondweg aangelegd. Gebiedsontwikkeling Ooijen-Wanssum combineert de veiligheidsdoelstelling met de ontwikkeling van 340 hectare nieuwe natuur en het scheppen van uitbreidingsmogelijkheden voor bedrijven. Ook de leefbaarheid van het gebied is er op vooruit gegaan. Mooder Maas is eind 2016 begonnen met de uitvoering van het project. Gebiedsontwikkeling Ooijen-Wanssum is in juli 2021 opgeleverd.

Het project is een goed voorbeeld van multidisciplinaire samenwerking tussen landschapsarchitect (H+N+S), technische (dijk)ontwerper met materiaalkennis (Fugro), aannemer (Mooder Maas) en opdrachtgevers.

STEILRANDDIJK EN HOGE GRONDDIJK

Voor de uitvoering van gebiedsontwikkeling Ooijen-Wanssum is gezocht naar keringen die passen in het van oorsprong onbedijkte landschap van Noord-Limburg: Steilranddijken en Hoge Gronddijken. De Steilranddijk versterkt het kenmerkende terrassenlandschap langs de Maas door een natuurbuffer met aan de voorkant een steilrand. De natuurbuffer mag zich dynamisch ontwikkelen waarbij natuurlijke erosieprocessen en begroeiing de vorm bepalen. Achter deze  natuurbuffer ligt de daadwerkelijke waterkering. Deze is verholen aangebracht en dient het achterliggende gebied te beschermen tegen hoge waterstanden op de Maas.

Figuur 1. Principeschets steilranddijk langs de Maas (Bron: Mooder Maas)

Het klassieke ontwerp van een rivierdijk met een kleibekleding inclusief grasmat is hier vervangen door een verholen dijklichaam met een robuuste erosiebuffer van klei. Aan de binnenzijde van de dijk wordt extra grond (overhoogte) aangebracht op het dijktalud om de waterkering op te laten gaan in het glooiende landschap en om medegebruik op de dijk mogelijk te maken. Ook bij de Hoge Gronddijk wordt de waterkering op een robuuste en toekomstbestendige wijze ‘ingepakt’ door gebruik te maken van een overhoogte bovenop de dijk en flauwe taluds. Zie figuur 1.

VOORDELEN

De Steilranddijk en Hoge Gronddijk bieden een aantal maatschappelijke voordelen ten opzichte van een standaard dijkprofiel. Er is een betere landschappelijke inpassing van de waterkeringen behaald, er is minder ruimtebeslag op natuur- en landbouwgrond en er wordt duurzamer gewerkt doordat er minder vervoersbewegingen nodig zijn voor de realisatie van het plan. Bij een traditioneel ontwerp zou ca. 10-15% van het materiaal dat vrijkomt kunnen worden hergebruikt binnen het project, nu krijgt 75-80% van de vrijkomende materialen een hoogwaardige toepassing in de dijk. Door deze hoogwaardige toepassing van gebiedseigen grond worden niet alleen euro’s bespaart, maar ook het milieu: 54% CO2-reductie t.o.v. het traditioneel ontwerp. Daarnaast biedt dit ontwerpconcept meer mogelijkheden voor ruimtegebruik in de waterkeringszone onder andere voor beplanting, dit geeft een aanvullende CO2 winst.

De toepassing van gebiedseigen (klei)grond voor dijken is uniek in Nederland. Binnen dijkversterkingsprojecten zijn de ontwerpregels geijkt op een aantal standaard categorieën van klei, onderverdeeld in zogenoemde erosieklassen I, II en III. De vele kuubs leemachtige en siltige klei die in het projectgebied vrijkomen, o.a. bij het graven van de hoogwatergeulen langs de Maas, voldoen niet altijd aan de formele eisen die in het algemeen aan klei voor dijken wordt gesteld. Mooder Maas heeft in samenwerking met Projectbureau Ooijen-Wanssum, Waterschap Limburg en Fugro diverse golf- en stroomgootproeven bij de Universiteit van Hannover en Braunschweig  uitgevoerd om de werkelijke sterkte en erosiebestendigheid van het gebiedseigen materiaal te testen. Zo werd de passage van een hoogwatergolf nagebootst tijdens een flinke storm, inclusief bijpassende golfslag en stroming.

GOLFGOOTPROEVEN HANNOVER

In totaal zijn verschillende kleimaterialen uit het projectgebied getest, waarvoor zo’n 300 m3 Limburgs bodemmateriaal is gebruikt. Dit is onder meer gedaan door het opstellen van een specifiek classificatieprotocol voor de gebiedseigen kleimaterialen die, afhankelijk van de lutum- en zandfractie, zijn onderverdeeld in de categorieën A, B en C met elk hun eigen erosiekarakteristieken en functionele toepassing in een onderdeel van de dijk. De vettere klei A en B zijn voldoende erosiebestendig om te worden toegepast in de erosiebuffer van de steilranddijk  en als bekledingsklei op de dijk. De meer zandige categorie klei C wordt toegepast als kernmateriaal.

Zoals in ieder project is ook bij de toepassing van gebiedseigen grond de kwaliteit van uitvoering een belangrijk aspect. Daarom zijn in navolging op de gootproeven een serie uitvoeringsproeven  uitgevoerd om het classificatieprotocol te testen en een uitvoerings- en keuringsprotocol vast te stellen waarmee de vereiste uitvoeringskwaliteit wordt behaald. In essentie gaat het hierbij om het vaststellen en beheersen van:

  • samenstelling van de grond (bepaalt geschiktheid);
  • homogeniteit (sturen op toenemende homogeniteit van winning naar verwerking);
  • watergehalte (verwerkbaarheid en te bereiken eindkwaliteit);
  • dichtheid (bepaald door uitvoeren en van belang voor eindkwaliteit).

De uitvoeringsproeven hebben de gelegenheid geboden om ervaring op te doen met de classificatie, winning en verwerking van de materialen, de uitvoeringswijzen en de keuringen.

STEILRANDPROEF LANGS DE MAAS

Om inzicht te krijgen in de beheerinspanning, bij een periode van 50 jaar, voor het herstel van de natuur- en erosiebuffer is in 2019 een veldproef gestart. De proef, bestaand uit vier proefvakken langs de Maas, is opgebouwd om het erosiegedrag door langsstroming en golfen te monitoren. De vakken zijn onderverdeeld op basis van het toegepaste materiaal; kleicategorie A, B en C. Zoals gezegd mag de natuurbuffer zich dynamisch ontwikkelen, totdat deze begint in te snijden in de erosiebuffer van de verholen waterkering. In dat geval dient de erosiebuffer hersteld te worden.

De locatie, strak aan de Maas, is gekozen op basis van de beoogde hydraulische belastingen. De steilrand moest namelijk laag genoeg en direct aan de Maas liggen om zeker te zijn van een hoge concentratie aan belastingen. Gedurende de proefperiode, ca. 1,5 jaar, heeft de steilrand tot 3x toe onder water gestaan.

Figuur 2. Gemeten waterstanden tijdens veldproef met 3 hoogwatergolven waardoor de steilrand onder water stond (Bron: Mooder Maas)

Dit is een situatie die zelf voor de meest laaggelegen steilranden in het gebied hooguit 1/250 jaar voor komt. Door deze belastingen te koppelen aan de ingemeten erosie is, met gebruik van de formule van erosielengte (afkomstig uit de Deltagootproeven van 2009), bepaald wat de erosie ontwerpparameter Cklei per kleisoort is. de berekende waarden lagen in dezelfde orde grootte als de bepaalde waarden in de golfgootproeven. Zie figuur 2.

Met gebruik van historische waterstandgegevens van nabij gelegen meetstations is een dataset van 33 jaar (1983-2016) aan waterstanden opgebouwd. Door middel van een binomiale verdeling is met deze dataset bepaald wat de waarschijnlijke belastingsduur zal zijn over een periode van 50 jaar. De belastingsduur is hier gedefinieerd als het aantal dagen dat de waterstand hoger komt dan de teenhoogte van de steilrand. Voor de dijkringen Blitterswijck, Boltweg, Ooijen en Broekhuizenvorst is vervolgens berekend wat de theoretisch optredende erosie zal zijn voor de drie kleisoorten. Uit de golfgootproeven bleek al dat Klei A en B voldoende erosiebestendig zijn voor gebruik in de erosiebuffer en dit bleek ook uit de steilrandproef.

Bij Broekhuizenvorst ligt de maatgevende teenhoogte in verhouding het laagste, waardoor de hydraulische belasting hier het hoogste is. Ondanks dat is de maximaal berekende erosie tijdens een periode van 50 jaar voor klei A en B respectievelijk 2,8 m en 3,4 m. Aangezien de natuurbuffer hier minimaal 8 m is, is de verwachting dat de steilranden hun levensduur zonder al te veel beheer zullen doorstaan. Voor klei C is ook een verwachte erosielengte berekend (7,7 m), maar aangezien klei C voornamelijk als kernmateriaal toegepast is, speelt dit geen rol voor de steilranden langs de Maas.

HOOGWATER ZOMER 2021

Met het theoretisch berekenen van de toekomstige erosie in de golfgoot- en veldproeven is een eerste stap gezet in het beheerproces. Uiteindelijk moeten de jaren aan hydraulische belastingen aantonen dat de steilranden daadwerkelijk opgewassen zijn tegen erosie. Laat nou het toeval zijn dat nog geen maand na het opleveren van het projectgebied een hoogwatergolf optrad in Limburg. In de periode van 15 tot 22 juli is een duidelijk verhoogde waterstand gemeten bij meetstation Well Dorp, ten noorden van Gebiedsontwikkeling Ooijen Wanssum, met een maximaal gemeten waterstand van NAP +15,5 m in de nacht van 17 op 18 juli. De normale waterstand bij Well Dorp ligt tussen NAP +11,0 en NAP +11,9 m en vanaf NAP +15,0 m geldt dat de waterstand wordt geclassificeerd als extreem hoogwater.

De ontwerp waterstand voor Gebiedsontwikkeling Ooijen Wanssum ten hoogte van Well Dorp is gedefinieerd als NAP +16,23 m, waardoor het water tot ca. 0,75 m onder de kruin kwam te staan. Zie figuur 3.

Figuur 3. Hoogwatergeul voor en tijdens hoogwatergolf juli 2021 (Bron: Paul Poels Fotografie)

Vanwege het recente optreden van dit hoogwater is op dit moment nog geen goed beeld beschikbaar over de ontwikkeling van de steilranden, maar uit een eerste inventarisatie door Waterschap Limburg op 21 juli blijkt dat de steilranddijken geen schade hebben opgelopen door het hoogwater. Langs het traject zijn geen afslag- of erosielocaties gezien en geen zandmeevoerende wellen gesignaleerd. Enkele taludhellingen zijn deels uitgezakt naar 1:1, maar dit was conform de verwachtingen van het steilranddijk-concept. Ook als de hoogwatergolf niet zou zijn opgetreden, zou het steile talud van nature zijn verflauwd. De meeste steilranden waren immers al uitgezakt voordat het hoogwater optrad.

Figuur 4. Links verloop talud steilrand; (a) direct na uitvoering, (b) geanticipeerde verzakking naar 1:1 en (c) hoogwatergolf juli 2021. Rechts uitgezakte steilranddijk (Bron: Paul Poels Fotografie)

Door in te steken op een grondgestuurd dijkontwerp is bereikt dat voor het lokaal gewonnen ‘laagwaardig’ materiaal, althans volgens de standaard eisen, een hoogwaardige, functionele toepassing is gevonden. Deze werkwijze resulteert in een duurzaam en aantrekkelijk dijkontwerp.

Gebiedsontwikkeling Ooijen-Wanssum is een integraal project van de Provincie Limburg, Rijkswaterstaat, Gemeente Venray, Gemeente Horst aan de Maas en Waterschap Limburg. Als partner binnen de aannemerscombinatie Mooder Maas willen we graag onze collega’s van Ploegam en Dura Vermeer bedanken voor het realiseren van het project. Tevens willen we graag in persoon Rinus Potter en Jacques Vrusch van Waterschap Limburg bedanken voor het geven van een uitgebreid verslag van hun fietstocht langs de steilranden gedurende de hoogwatergolf.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

Hey engineer (to be)

Wat zou jij nog toegevoegd willen zien op onze site?
Meer content over Industrieel Ontwerp en Big Data
of is juist Civiele techniek jouw ding?!