Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier

Uitgangssituatie en Ambitie

Uitgangssituatie dijkbeheerder

Het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK) ziet het belang van het monitoren van haar keringen. Monitoring vindt echter meestal projectmatig plaats. Als het project (vaak een toetsing, kadeverbetering of dijkversterking) gereed is, stopt de monitoring ook. De ontwikkelingen van de laatste jaren m.b.t. het risico-gestuurd onderhoud, de zorgplicht, de ambities voor continu inzicht, het verhaal van de kering, de Omgevingswet en nieuwe computertechnieken zijn de trigger geweest om meer langdurig en meerjarig te gaan monitoren over veel grotere strekkingen. Dit inzicht was de aanleiding voor het pilotproject Proeftuin Purmer. Centraal in deze proeftuin staat het degradatiegedrag van de kering en hoe dat langdurig/ meerjarig te monitoren is met een slim meetnetwerk. 

Met alle ontwikkelingen van de laatste jaren, zoals budgetten die onder druk staan, belastingen tegen de dijk (waterpeilen) die omhooggaan en de Omgevingswet die wordt ingevoerd, moet het waterschap steeds beter onderbouwen wat ze met de waterkeringen doen. Daarnaast moet het waterschap steeds beter komen tot een zo realistisch mogelijk beeld en de inschatting van de overstromingskans. Maar ook om erachter te komen wanneer je naar buiten moet om te inspecteren: op basis van welke indicatoren. Ervaringen uit het verleden zijn geen garantie meer voor de toekomst.

Bij HHNK zijn drie fases gedefinieerd voor het implementeren van dijkmonitoring in de organisatie:

• Fase 1. Basismonitoring. Kort gezegd: plaats peilbuizen. Alleen al de data die daaruit gehaald wordt is al winst. Deze versterkt direct het inzicht in de dijken. Voor het zetten van peilbuizen heeft HHNK een risicogestuurde kaart gemaakt om te bepalen welke gebieden het eerst worden voorzien. Ook is vastgelegd wie er verantwoordelijk is voor het uitlezen van de data, het uitwerken en het vastleggen daarvan.
• Fase 2. De basismonitoring met extra automatisering: zo veel mogelijk de noeste handarbeid eruit halen. Dit probeert HHNK met ICT in het systeem te faciliteren.
• Fase 3. Gebruik maken van Artificial Intelligence, bewezen sterkte, expert elicitations, en dat soort dingen. Stel het lukt niet, bijvoorbeeld te vroeg en de techniek moet nog ontwikkelen, dan wordt er gekeken naar afstudeerders of promotieonderzoeken. Deze fase staat niet op het kritieke pad.

De fases kunnen ook parallel lopen. 

HHNK is zich ervan bewust dat het Rijk ook steeds meer verwacht dat een beheerder zijn kering goed kent. Het is niet de bedoeling dat een primaire kering 10 – 20 jaar na een dijkversterking weer op het versterkingsprogramma komt. De levensduur wordt hopelijk zo lang mogelijk gemaakt. 

Ambitieniveau dijkbeheerder

Het waterschap ziet monitoren als een groei naar volwassenheid, als het gaat om het kwantificeren van de risico’s van de waterkeringen en daarmee de hele cyclus van beheren, onderhoud, toetsen en versterken. Dan zou je niet alleen aan de buitenkant van de kering moeten monitoren (visueel, lidar, drones, GPS, etc.) maar ook aan de binnenkant. 

Ook de rekenmodellen worden steeds beter en vragen daarom steeds meer input van de werkelijke dijk. De belastingen (waterstanden, neerslag, droogte) worden steeds groter en onzekerder en zijn een van de moeilijkst in te schatten parameters voor de rekenmodellen voor ontwerp en toetsing. Door (langdurig) te monitoren zijn deze na te gaan: is de berekening terecht geweest en hoe veilig is de dijk werkelijk? Om de bewezen sterkte inzichtelijk te hebben kan je niet zonder monitoren: het helpt je om de werkelijke waterveiligheid beter in te schatten. 

De story-line geeft al een paar doorkijkjes naar hoe de verdere implementatie van (basis)dijkmonitoring binnen HHNK gaat gebeuren in het programma Waterveiligheid 2030. De ambitie van HHNK is:

• Voorkomen dat dijktrajecten onder de norm zakken door op basis van continu inzicht en risico-gestuurd beheer maatregelen te treffen voordat de veiligheid van een kering onder de norm zakt.
• Altijd een actueel oordeel. Om aantoonbaar continu in control te zijn en daarmee onze zorgplicht te kunnen vervullen.
• Een manier vinden om veranderingen t.o.v. de ‘nul-situatie’ in beeld te brengen en het effect op het oordeel.
• Het verhaal van de kering centraal. Beter inzicht in het gedrag van onze keringen (o.a. bewezen sterkte en degradatie) door observeren, monitoren, voorspellen, rekenen en visualiseren in een dashboard.

In het pilotproject Proeftuin Purmer zoekt HHNK technieken die ‘laagdrempelig’ toe te passen zijn. Dit hoeven niet de nieuwste soort metingen te zijn, maar wel betrouwbare. Een proeftuin helpt om mogelijke technieken naast elkaar uit te voeren en met elkaar te vergelijken. Het verwachte inzicht is een integraal beeld van de meet- en monitoringstechnieken waarmee HHNK verder kan in het vervolgtraject. Het project is een opmaat voor de komende 4 jaar. 

Routeplanner implementatie dijkmonitoring

De ervaring bij HHNK leert dat de inzet van monitoring begint met zelf overtuigd zijn van de kansen en mogelijkheden van dijkmonitoring. Vervolgens gaat het om het meenemen en enthousiasmeren van je directe collega’s: lobbyen op de werkvloer. Daarnaast is er budget nodig vanuit de begroting van de afdeling Waterveiligheid en Wegen. Hiertoe is bedacht om een pilot op te starten in de vorm van een proeftuin. Dit idee is onderbouwd en in een mooie PowerPoint verwoord en verbeeld. Daarmee zijn de initiatiefnemers langs de clusters gegaan en is er vervolgens voor de duur van 1 jaar geld gereserveerd binnen de het cluster Kennis & Ontwikkeling. Parallel hieraan is gestart met het schrijven van een startnotitie ten behoeve van een meerjaren-programmering. Deze startnotitie is besproken met de afdelingshoofden, clusterhoofden, direct, D&H en uiteindelijk in het Algemeen Bestuur (CHI) vastgesteld.

Om de dijkmonitoring te realiseren heeft HHNK gekozen voor het maken van deelsporen (Ontwikkelpilaren). Voor elk deelspoor is een projectleider aangewezen. Deze projectleiders zijn zorgvuldig gekozen. Het zijn mensen die energie brengen en gemotiveerd zijn voor het inzetten van monitoring. Eigenaarschap is hierbij van belang. De coördinatie van de dijkmonitoring doet HHNK zelf, waarbij gebruik is gemaakt van hulp van derden en afstudeerders. 

Monitoringsstrategie en -plan

Meet- en monitoringsdoelen Proeftuin Purmer 

Bij elke beoordeling is er een bepaalde verwachting die je wil toetsen. Dit geldt ook voor geconstateerde afwijkingen. De meet- en monitoringsdoelen bij Proeftuin Purmer zijn op te delen in:

1. Waterspanningen: ligging freatische lijn en stijghoogte. Dit is vaak een van de grote onbekenden en zeer belangrijk in de stabiliteitsberekeningen.
2. Geometrievervormingen: zetting of taluddeformaties. Bijvoorbeeld het uitzakken van het talud.
3. Schadedetectie: vanwege scheurvormingen, opschot, graverijen, en meer.

Meetsystemen Proeftuin Purmer

Voor deze drie doelen zijn de volgende meetsystemen geselecteerd om te testen:

1. Peilbuizen met een drukopnemer
2. Fotogrammetrie en (handheld) Lidar
3. Luchtfoto’s (drones), ogen in het veld met de Digispectie app, aangevuld met AI welke luchtfoto’s analyseren. Onder water is Multibeam gebruikt voor het inmeten van het onderwatertalud.

Ad 1. Er zijn peilbuizen met een drukopnemer toegepast, geen waterspanningsmeters. De redenen hiervoor zijn: A) HHNK is niet (direct) geïnteresseerd in verkeersbelastingen en de snelle oploop van de waterspanningen door dat soort belastingsveranderingen, B) de waterspanningsmeters gaan snel stuk en C) de freatische grondwaterstand kan prima met peilbuizen gemeten worden en is ook goed uit te zetten bij veel verschillende partijen.

Ad 2. Er is geëxperimenteerd met fotogrammetrie en (handheld) Lidar. Wat er uit de analyses is te halen, is dat fotogrammetrie vooral door vegetatie heel lastig is op het talud. Op de harde delen gaat het prima. Lidar werkte behoorlijk goed maar het verschil met AHN4 is minimaal. Wetende dat we naar een jaarlijkse AHN-release gaan, ziet HHNK dat dat voldoende is, op een aantal locaties na.

Binnen deze meetmethodes is samenhang te zien. Bijvoorbeeld bij de geometriemetingen met een vliegtuig, met Lidar of met fotogrammetrie. Met 1 vlucht kan je de beelden gebruiken voor relaties tussen beeldmateriaal en natte plekken die je hebt. Deze zou je dan eventueel kunnen koppelen aan je freatische lijn. De beheerders in het veld worden nadrukkelijk betrokken, zij blijven belangrijk. Hieronder is een voorbeeld van meetdata van peilbuizen.

Monitoring in uitvoering

Inwinning van de data

Bij de inwinning met bijvoorbeeld de peilbuizen is HHNK een pilot gestart met een Internet of Things (IoT) platform, waarbij de metingen naar de Cloud gaan en vervolgens naar hun eigen Flood Early Warning System (FEWS) systeem gaan. FEWS is een waterkwantiteit-informatiesysteem. Dit is een geautomatiseerd proces dat ook de rekenmodellen aanstuurt (DAM Live). Ook is HHNK op dit moment bezig met verschillende grondonderzoekbureau's om een directe connectie naar het eigen platform van HHNK te maken. 

De inwinning van geometrie doet HHNK deels zelf, deels extern. 

Daarnaast is HHNK via de Informatisering en Automatisering (I&A) afdeling het project Grote Bestanden gestart zodat in de Azure Cloud snel fotogrammetrie toegepast kan worden en ze grote bestanden kunnen opslaan. Er is hierbij ook de mogelijkheid om snel te kunnen opschalen en afschalen. Daarnaast wil HHNK zo de AI-modellen trainen, bijvoorbeeld voor scheurdetectie.

De schades worden ingewonnen via Digispectie apps. Daarnaast krijgt HHNK via AI-modellen de luchtfoto’s met (zichtbare) scheuren binnen. Laatstgenoemde is nog een pilot. De AI-modellen maken een Shape-file van de scheuren die dan weer in GIS geopend kunnen worden. 

In het algemeen is HHNK hard bezig met de implementatie van moderne datawinning in de organisatie. Ze maken stappen met het inrichten hiervan, maar er is ook nog genoeg te doen en te leren. 

Data-analyse

De data-analyse wordt voornamelijk bij HHNK zelf uitgevoerd. De uitkomsten van de sommen die gemaakt worden, worden intern nagekeken. De schematisaties achter modellen stelt HHNK ook zelf op. Data-analisten en GIS specialisten gebruiken de data die binnenkomt via de luchtfoto’s. De Proeftuin Purmer helpt bij het definiëren van de data-analyse stappen.

HHNK deelt de data ook met promovendi. Men staat ervoor open dat derden de data analyseren en gebruiken voor onderzoek. Voor de ontwikkelingen wordt zoveel mogelijk gebruik gemaakt van en gestuurd op Open Source. Hieronder een schema van data gestuurd werken.

Financiën

De algemene verwachting is dat er kostenbesparingen mogelijk zijn door het inzetten van monitoring. Erik is hierover altijd eerlijk geweest richting het bestuur: het is niet zeker in welke mate kosten bespaard worden. Wat wel zeker is, is een grote winst aan inzicht in waterveiligheid. En daar doe je het als waterschap voor. Als je niet meet, weet je het niet en kan je overvallen worden. De verwachting is wel dat het tot kostenbesparing zal leiden.

Kosten in uren 

Meerdere collega’s van HHNK hebben circa 0,5 fte tijd in de Proeftuin Purmer gestopt. Er is door het waterschap in geïnvesteerd om uiteindelijk naar een programmatische aanpak te groeien. Dit vergroot ook de mogelijkheden om voor langere termijn budgetten te verkrijgen. Als het waterschap gaat opschalen, verwacht men circa 4 fte per week te gaan inzetten. 

Kosten in €

De investering in het afgelopen jaar voor de Proeftuin Purmer is circa 300 k€. Deze investering betreft naast personele kosten ook het uitvoeren van metingen, exploitatiekosten en het ontwikkelen van dashboards. De investeringskosten voor het CHI-voorstel programma basismonitoring waterveiligheid 2030 bedragen circa € 4,5 miljoen. De exploitatiekosten zijn € 1,15 miljoen per jaar met daarbij 4 fte aan personele inzet. 

Baten Proeftuin Purmer 

Naast een veel scherper veiligheidsbeeld zijn de grootste baten van de Proeftuin Purmer het scherper kunnen ontwerpen en/of het uitstellen van versterkingen/verbeteringen. De verwachting is dat de kosten per kilometer daarmee omlaag gaan. Zo wil HHNK op bepaalde locaties sensoren plaatsen zodat mogelijk geen damwand nodig is (bewezen sterkte). Zo 'versterk' je in zekere zin door te monitoren. Als je op twee locaties van dit soort baten hebt, dan heb je de kosten er al snel uit. 

Waar voorheen vaak vuistregels en (conservatieve) aannames in de modellen werden toegepast, zijn nu door monitoring betere voorspellingen te maken. Met de peilbuizen kan HHNK bijvoorbeeld beter zien hoe de grondwaterstand toeneemt als gevolg van een bepaalde hoeveelheid neerslag. Er zijn ook zeker locaties waar de dijk robuuster blijkt te zijn bij hevige neerslag dan verwacht werd in de modellen voor de toetsing. 

In het gehele veiligheidstraject zit winst, niet alleen in het versterken. Inspectierondes kosten per jaar ook grofweg een half miljoen euro. Als je daar bijvoorbeeld een optimalisatie in kan krijgen door monitoring, heb je ook alweer winst. Het betekent niet het vervangen van de medewerkers, maar ondersteuning van hun werk. Bij HHNK reageren de dijkinspecteurs enthousiast op de huidige ontwikkelingen. 

Tijdlijn Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier

• 2012: Start van de kortlopende monitoring ten behoeve van de toetsing van de regionale keringen.
• 2021: Start van langdurige monitoring: Purmer: 3 raaien met in totaal 11 peilbuizen,  Meetperiodes: oktober 2012 – januari 2025, oktober 2016 – oktober 2020, oktober 2016 – oktober 2024. Beemster: 6 raaien met in totaal 18 peilbuizen Meetperiodes: oktober 2011/2012 – januari 2024/2025
• 2023: Publicatie van de Startnotitie Waterveiligheid 2030. Start van de proeftuin Purmer: haalbaarheidsstudie naar diverse meettechnieken, waaronder: Peilbuizen, Elektromagnetische metingen, LiDAR (drones), Fotogrammetrie, Multibeam en iPhone LiDAR
• 2025: Bestuurlijk akkoord over het programma Waterveiligheid 2030 en bijbehorend budget. Officiële start van het programma Waterveiligheid 2030
• 2025: Start ontwikkeling opslag tijdreeksen in the cloud via API
• 2025: Start ontwikkeling locatie specifieke Pasta’s modellen voor peilbuizen.
• 2025: Tussenstand eind 2025: circa 450 peilbuizen geïnstalleerd voor meerjarige monitoring inclusief uitgebreid grondonderzoek en bepaling sterkteparameters (lokale t.b. proevenverzameling).

Leerpunten en adviezen aan anderen 

Leerpunten

De administratie van je netwerk is van groot belang, bijvoorbeeld de naam van de peilbuis, de exacte plaats van de peilbuis, wanneer is hij gekalibreerd en hoe dat is gecontroleerd. Wanneer je deze administratie niet goed regelt, blijf je je afvragen of de meetreeks klopt of niet. Vooral wanneer er verschillende meetsystemen gebruikt zijn die verschillende uitkomsten laten zien. Dit wil HHNK goed organiseren bij het opschalen. Hierbij moet veel in GIS terechtkomen om makkelijk ruimtelijke analyses te kunnen uitvoeren.

Telemetrieverbindingen zijn nog niet altijd helemaal robuust. Als er een hele streng uit ligt, duurt het wel even voordat deze weer functioneert. Grondonderzoeksbureaus zijn zelf niet heel actief in het herstellen hiervan, dit dien je als waterschap te organiseren en contractueel op te nemen. Voor monitoring is het goed maar voor real-time toepassingen is de markt nog niet goed ingeregeld. Dus: het is slim om hier zelf in je IoT omgeving ‘warnings’ voor aan te maken. Voor bijvoorbeeld DAM Live is dit erg belangrijk: als een peilbuis van de raai niet werkt, werkt deze hele raai in DAM Live niet meer. Uitschieters in je data beïnvloeden je minimale waarde en maximale waarde zeer sterk. 

Een ander leerpunt is: zorg dat je voldoende tijd hebt als je met zo’n ontwikkeling aan de gang gaat. Het is nodig om zaken uit te proberen en erover na te denken. Stel dat de gekozen monitoring niet het inzicht geeft wat je verwachtte, dan is dat ook inzicht. Ook als de techniek niet werkt. 

Het is verstandig om met meerdere mensen op te trekken en te werken met deelprojectleiders en projectteams. In je eentje ben je kwetsbaar en is de omvang bij opschalen veel te groot. Het sparren en samen verantwoordelijk zijn werkt stimulerend. Elkaar kunnen vervangen en reflecteren: plezierig om samen te werken. 

De inzichten van het pilotproject Proeftuin Purmer worden gebruikt voor de plannen van het programma Waterveiligheid 2030 bij HHNK. Hiertoe is het budget voor de eerste vier jaar in 2024 aangevraagd bij het Algemeen Bestuur van HHNK. 

Adviezen

Zoek mensen die intrinsiek gemotiveerd zijn, die het echt willen, ook als het even niet leuk is. 

Zorg daarnaast dat je op alle niveaus het gesprek aangaat en creëer een pilot waarin je laat zien wat je doet. HHNK ontwikkelde samen met HKV binnen het programma Continu Inzicht (waar meerdere partijen bij aangehaakt zijn), bijvoorbeeld een Dashboard met goede afbeeldingen om bij alle afdelingen te tonen welke kant het op kan gaan en daarmee mensen mee te nemen in wat je doet en wilt bereiken. Ga dan uiteindelijk ook met je bestuurder in gesprek, maar begin klein met een pilot om te onderzoeken, organiseren en demonstreren. Iedereen is altijd welkom om met HHNK in gesprek te gaan over hun ervaringen en lessons learned. 

Marktpartijen inschakelen is prima, maar laat een externe partij niet de drijvende kracht zijn. Tenzij je een kleinere organisatie bent. Maar dan is het ook belangrijk dat de interne mensen opgeleid worden door deze externe medewerker. 

We weten dat de arbeidsmarkt op dit moment krap is. Daarnaast willen we een prettige werkgeverzijn. Dit soort dijkmonitoringsprojecten vinden veel collega’s erg leuk. Hier zit een intrinsieke drive achter en maakt je als werkgever interessant.

Wat als laatste belangrijk is, is: beschouw het gehele traject. Van het plaatsen van sensoren tot visualisatie van je resultaten. Denkend vanuit het grotere geheel zie je ook de logische stappen. Meten alleen is niet genoeg, het moet in het werkproces komen, in de dagelijkse gang van zaken. Hier valt nog veel te winnen, om dat laagdrempelig op een goede manier uniform in Nederland te organiseren.