In 2011 is binnen het IJkdijk-onderzoek een langjarige monitoring ingezet van de Ommelanderzeedijk en de Lauwersmeerdijk. De resultaten t/m 2015 zijn vastgelegd in het rapport "LiveDijk XL Noorderzijlvest: State of the Art 2015". Daarna is een discussie ontstaan over de effecten van aardbevingen op dijkveiligheid, wat heeft geleid tot versnelde versterking van de Ommelanderzeedijk. Deze story-line gaat in op hoe verzamelde monitoringsdata en -informatie zijn gebruikt en aangevuld voor de dijkversterking en hoe deze inzichten zijn benut voor andere keringen en verdergaande monitoring binnen het waterschap tot de dag van vandaag.
Noorderzijlvest
Faalmechanisme
Volgende faalmechanismen zijn binnen dit project van toepassing.
In 2011 is binnen het IJkdijk-onderzoek een langjarige monitoring ingezet van de Ommelanderzeedijk en de Lauwersmeerdijk. De resultaten t/m 2015 zijn vastgelegd in het rapport LiveDijk XL Noorderzijlvest: State of the Art 2015. Dit rapport is via bovenstaande link te downloaden. Daarna is een discussie ontstaan over de effecten van aardbevingen op dijkveiligheid, wat heeft geleid tot versnelde versterking van de Ommelanderzeedijk. Deze story-line gaat in op hoe de binnen IJkdijk verzamelde monitoringinformatie is gebruikt en aangevuld voor deze dijkversterking en hoe deze inzichten zijn benut voor andere keringen en projecten binnen het waterschap.
Uitgangssituatie dijkbeheerder
Het bestuur van Waterschap Noorderzijlvest had d.d. 2011 een plan van aanpak vastgesteld voor het LiveDijk XL project. Hier was dan ook budget voor vrijgemaakt. De monitoringsdoelen voor de Ommerlanderzeedijk, Lauwersmeerdijk en voor aardbevingsschade konden onder dit project vallen. Aanleiding was dat het waterschap waterschappers niet had verwacht dat de dijken afgekeurd zouden worden. De wil om beter inzicht te krijgen in de dijk werd deels ingevuld met dijkmonitoring.
De achtergrondgedachte van LiveDijk XL was: door te monitoren en meer te weten van de dingen die zich in de kering afspelen en voordoen, is de kans groot dat de versterkingsopgave kleiner kan worden. Daarmee zou door een relatief geringe investering in monitoring, de investering in dijkversterking ten minste beperkt kunnen worden.
Waterschap Noorderzijlvest vond het belangrijk om een zo lang mogelijke meetreeks te hebben om zo inzicht te krijgen in dagdagelijkse verschillen in grondwaterstanden, seizoensverschillen en grondwaterstanden bij optredend hoogwater. Daarom werden zo snel mogelijk peilbuizen geplaatst in het meest kritische dijkvak. Gezoen werd niet eerst alles helemaal van tevoren proberen te detailleren alvorens over te gaan tot plaatsing van monitoringssystemen, maar weloverwogen beginnen te monitoren en dan op basis van ervaringen beslissingen nemen over bijsturing en eventueel plaatsing van meer instrumenten.
LiveDijk XL en de monitoring leerde dat de langjarige monitoringsdata meer inzicht gaf waardoor ook dijksterkte berekeningen andere uitkomsten bleken op te leveren. De monitoring gaf daarmee meer grip op wat er in de dijk gebeurt. Collega's van het waterschap kregen hierdoor aantoonbaar meer interesse in de dijk en de dijkmonitoring. Betrokkenheid en nieuwsgierigheid namen toe omdat het inicht in dijksterkte en gedrag aantoonbaar werden vergroot: afwijkingen door de tijd heen werden inzichtelijk en verklaarbaar.
Ambitieniveau dijkbeheerder
Waterschap Noorderzijlvest had als belangrijkste ambitie een antwoord te krijgen op de vraag:
Gedraagt de kering zich nu werkelijk zoals we verwachten dat die zich zou gaan gedragen onder bepaalde omstandigheden?
De kern van de monitoring bij het waterschap is erop gericht om het gedrag van de kering beter te begrijpen. Met dit verbeterde begrip kan het gedrag van de dijk beter worden verklaard en uiteindelijk ook beterworden voorspeld. Dit stelt het waterschap in staat het handelingsperspectief in verschillende situaties te verbeteren. Hierbij bleek het kunnen verklaren van afwijkend gedrag (zwakke plekken, onverwachte gebeurtenissen) sterk verbeterd te worden.
Waterschap Noorderzijlvest is zich er wel bewust van dat elke sensor beperkingen heeft. Grondwatermonitoring levert bijvoorbeeld 'slechts' een puntmeting op. Een sensor kan daarmee bepaalde gebeurtinissen missen. Visuele inspecties vormen daarom nog steeds de onmisbare basis voor dijkbeheer en 'dijkmonitoring'.
Monitoringsstrategie en -plan
Routeplanner Implementatie Dijkmonitoring
Voor de opzet van het meetsysteem van het LiveDijk XL verwijzen we u naar het rapport 'LiveDijk XL Noorderzijlvest: State of the Art 2015'. Het belangrijkste leerpunt hieruit voor het ontwerp en de realisatie van een monitoringsnetwerk is dat een monitoringsnetwerk wordt gebouwd door de tijd heen in de 3D-ruimte in die de dijk is. Dit wordt het beste iteratief aangepakt: stapsgewijs wordt overwogen om bij te sturen (opschalen, afschalen) op grond van data, informatie en kennis die met de monitoring zijn verkregen/opgedaan.
Ervaring bij Waterschap Noorderzijlvest leert dat van tevoren met zekerheid kan worden bepaald wat het beste monitoringsontwerp en -inspanning is. Het continu vooruit en terugkijken en vervolgens bijsturen is noodzakelijk.
De ervaring heeft ook geleerd dat het verstandig is om niet het gehele monitoringsbudget in één keer te gebruiken. Over een effectieve spreiding van investeringen in ruimte en tijd moet aan het begin van het project al goed worden nagedacht.
Nadat een meetperiode van enkele jaren zijn de monitoringssystemen een paar jaar uit de running geweest. Dit kwam door fysieke ingrepen in 2018: versterking van de Ommelanderzeedijken. Na de dijkversterking was het plan om de meetapparatuur te her-activeren. Dit was echter op een enkele peilbuis na niet mogelijk: na het ophogen van de dijken hebben de waterspanningsmeters een andere diepte gekregen en deze waren bleken helaas niet meer herijkbaar. De systemen zijn na de versterking daarom slechts benut om eventuele vreemde ontwikkelingen te signaleren maar niet om nog absolute meetwaarden te verkrijgen. Besloten werd om sensoren niet meer te vervangen mocht sprake zijn van uitval hiervan. Het oorspronkelijke idee was een meetreeks te hebben voor en een meetreeks na de versterking. Dit bleek met verloren geplaatste waterspanningsmeters dus niet goed te werken, met peilbuizen is dit echter wel beter mogelijk.
Vaak wordt pas enkele jaren voor de dijkversterking onderzoek ten behoeve van de dijjkversterking uitgevoerd. Beter is echter om ruim voor de versterking, vlak na afkeuring met dijkmonitoring te beginnen. Zo wordt de kans op het meepikken van hoogwatersituaties sterk vergroot; de kans op hoogst waardevolle metingen wordt sterk vergroot. Het op te stellen dijkversterkingsontwerp heeft veel baat bij lange tijdreeksen en data uit hoogwatersituaties. Geconcludeerd is dat basismonitoring op orde moet zijn en gehouden moet worden.
Waterschap Noorderzijlvest heeft haar ervaringen met de Ommelanderzeedijk vertaald naar monitoring van de gehele kering langs de Waddenzee. Met goede data, zo is de visie, is een belangrijke basis gelegd voor nieuwe normeringen. Boringen, sonderingen en peilbuizen zijn geplaatst en overwogen is waar waterdruksensoren te plaatsen. Er zijn in totaal toentertijd zo’n honderd peilbuizen geplaatst en in totaal 30 druksensoren en waterspanningsmeters.
Na installatie en gebruik is geconcludeerd dat peilbuizen meest geschikt zijn voor basismonitoring. Waterspanningsmeters zijn beter in te zetten voor korte perioden (projectmonitoring) en zijn wat kwetsbaarder. Plotselinge drukveranderingen worden beter vastgelegd door waterspanningsmeters.
Voor de aardbevingsproblematiek maakt Waterschap Noorderzijlvest daarom gebruik van waterspanningsmeters. Ook in kleilagen geven deze een betere meting dan peilbuizen die met name in doorlatende zandlagen goede meetresultaten opleveren. Peilbuizen zijn zeer geschikt voor meetreeksen over een langere periode. Bijkomend voordeel van peilbuizen is dat je meetapparatuur tijdelijk kan verwijderen maar de peilbuis op zich herbruikbaar achter kan laten, wat door het waterschap ook verschillende keren is gedaan. Dit biedt de mogelijkheid om na enkele jaren op exact dezelfde locatie de meetreeks te vervolgen. In de kaart hieronder staan de locaties van geplaatste peilbuizen.
Locaties geplaatste peilbuizen
Mix van basismonitoring en aanvullende innovatieve metingen
Op dit moment (anno 2025) zijn voor de basismonitoring in de keringen peilbuizen ingezet. Daarnaast zijn, om de aardbevingsschade ook goed inzichtelijk te houden, waterspanningsmeters geplaatst, vervormingsmeetapparatuur, en eens in de 3 maanden wordt er een 3D-scan gemaakt om het oppervlak te meten. Wanneer er een aardbeving met een kracht van minimaal 3 op de schaal van Richter heeft plaatsgevonden, voert het waterschap binnen 48 uur een 3D-scan uit om een verschilbepaling mee uit te voeren. Deze 3D-scans worden met een auto met daarop een lidar-sensor ingemeten. Deze mix versterkt zichzelf. De lidarmetingen maken vervormingen vlakdekkend inzichtelijk, de waterspanningsmeters en de vervormingsmeetapparatuur brengen lokaal de specifieke vervormingen met een grotere nauwkeurigheid in kaart. Hieronder staat een voorbeeld van monitoringsresultaten tijdens een aardbeving.
Monitoringsresultaten tijdens een aardbeving
Daarnaast heeft Waterschap Noorderzijlvest ten tijde van Livedijk XL (rond 2012) een warmte/vochtgehaltemeting met radar getest. Hiermee zou een vochtlaag onder de (asfalt) toplaag opgespoord kunnen worden die niet met visuele inspecties kan worden waargenomen. Deze metingen heeft het waterschap een paar jaar later nog een keer uitgevoerd om te kijken of de gevonden vochtige plekken groter waren geworden. Deze methode werkte goed: op basis hiervan konden bijvoorbeeld locaties van boorkernen gekozen worden om te kijken hoe slecht de toplaag echt was. Dit in plaats van willekeurige boorkernen die mogelijk net naast de zwakke plekken gekozen worden.
Noorderzijlvest heeft bij de toepassing van dijkmonitoring gangbare technieken van de basismonitoring waarmee het waterschap ervaring had gecombineerd met (meer) innovatieve technieken. Dit leverde de mogelijkheid op om innovatieve technieken te 'ijken'.
Monitoring in uitvoering
Inwinning van de data
Beschikbaarheid over tijdreeksen waren voor Noorderzijlvest vanaf het begin af aan van groot belang. Met dit in gedachten heeft Waterschap Noorderzijlvest vanaf het begin gekozen voor real-time automatisch telemetrisch doorsturen van monitoringsdata. Het risico van gaten in de meetreeksen werd hiermee in 2012 al behoorlijk verkleind ten opzichte van toentertijd gebruikelijke loggers die periodiek, handmatig uitgelezen werden. Aan de noordkant van het beheergebied was het nodig een antenne te plaatsen voor goede datatransport omdat het bereik van de telemetrie hier erg zwak was.
De telemetrisch doorgestuurde data zijn extern opgeslagen, in het Dijk Data Service Centrum (DDSC, per 2024 opgegaan in Lizard). Het DDSC was een initiatief vanuit het IJkdijk project. Het doel van het DDSC was dat de data van verschillende waterschappen centraal ergens opgeslagen staat, zodat 'iedereen' er gebruik van kan maken en ervan kan leren.
Nul-monitoring
De nul-situatie levert primair de vergelijkingssituatie voor datareeksen. Op de Ommelanderzeedijk is een infiltratieproef uitgevoerd om te onderzoeken wat veranderingen in de freatische lijn teweegbrengen. Hierbij is gebruik gemaakt van het in de dijk geplaatste Dijk Monitorings- en Conditioneringssysteem, DMC. Het DMC was in staat grondwater bij overdruk automatisch af te voeren. Maar is bij de infiltratieproeven juist gebruikt om het grondwaterniveau omhoog te brengen om het gedrag van de dijk en grondwater in de dijk te kunnen bepalen. Het betrof daarmee een belastingsexperiment.
In het kader van het project dubbele dijk, werd een getijdeduiker door de kering aangelegd nabij Bierum, halverwege tussen Delfzijl en de Eemshaven. Op deze locatie is een tweede kering achter de eerste kering geplaatst, de dubbele dijk. In het tussengelegen gebied mag zoutwater instromen waar geëxperimenteerd wordt met de teelt van zilte gewassen. Om de aanleg van de tweede kering sneller te kunnen uitvoeren is bij de aanleg verticale drainage aangebracht. Geconstateerd is dat de verticale drainage nog steeds actief is wat zich uit in uitstromend water via de drainageuitlaten bij de binnenteensloot. Uit de aanlegtekening blijkt dat de verticale drainage lokaal door de kleilaag reikt die een dieper gelegen zandlaag ‘afdekt’ welke in verbinding staat met de Eems-Dollard. Het voornoemde riep bij Waterschap Noorderzijlvest de volgende drie vragen op:
Hoe zout is het water dat wordt meegevoerd met de verticale drainage?
Hoe verhoudt het zoutgehalte dat wordt meegevoerd via de verticale drainage zich tot het zoutgehalte van het water in de binnenteensloot?
In welke mate heeft de drainage invloed op de freatische lijn in de kering?
Om dit te onderzoeken heeft het waterschap de zoutgehaltes van de uitstroom gemonitord. Daarnaast zijn twee meetraaien aan peilbuizen in het dijklichaam geplaatst om het effect van de watertoevoer vanuit verticale drainage op de grondwaterstand in de kering te monitoren (nul-meting). De locaties zijn te zien in de kaart hieronder. In aanvulling hierop staan ook infraroodmetingen op de planning, om te kijken of er naast de reguliere drainage-uitstroomlocaties lokaal natte plekken gaan ontstaan als het tussengebied in gebruik is genomen. Naar verwachting gaat de getijdeduiker in 2025 in werking. Dan start Waterschap Noorderzijlvest een aantal maanden vooraf met meten en monitoren (tweede nulmeting), tot tenminste een half een jaar na werking (verschilmetingen). In aanloop op de afronding van het project is de monitoringsaanpak vormgegeven zodat deze tijdig start.
Overzicht geplaatste peilbuizen en locaties zoutmetingen
Rapportage van de monitoringsdata
In de rapportage van de data is het belangrijk om objectief en met verstand nuchter na te denken: iets wordt waargenomen: hoe is dit te verklaren op basis van data, informatie en kennis en ervaring? Voor waterschap Noorderzijlvest is de meetdata het meest relevant om te bepalen hoe de kering reageert op grondwater- en buitenwaterstanden en eventueel neerslag. De monitoringsdata en ervaringen worden voornamelijk gebruikt als onderbouwing voor een rapportage met een bepaald doel, bijvoorbeeld goedkeuring van asfalt. Er worden geen algemene rapportages van de ingewonnen data opgesteld, data wordt doelgericht gebruikt en de database is altijd raadpleegbaar en toegankelijk.
Financiën, kosten en baten
Voor Waterschap Noorderzijlvest zijn de belangrijkste kosten en baten kwalitatief: inzicht verkrijgen in dijksterkte en gedrag van je kering in combinatie met je gezonde verstand, en verbetering van de waterveiligheid.
Monitoring gerelateerd aan toekomstige dijkversterking
De verwachting was dat de investering zou resulteren in een grotere reductie van de investeringskosten van de dijkversterking dan de investeringskosten in monitoring. Deze verwachting bleek te kloppen.
Het waterschap wist dat de data die ze hadden erg ruw waren en de beoordeling van de keringen daardoor weinig vertrouwen gaf. Door naar de dijkversterkingskosten per kilometer te kijken en de verwachting in reductie van versterking kosten in acht te nemen, kon het waterschap een inschatting maken van de investeringskosten die ze op verantwoorde wijze aan monitoring kon besteden. De investeringen in dijkmonitoring zijn ruimschoots terugverdiend.
Monitoring gerelateerd aan de landelijke beoordeling
"Om je kering te beoordelen, moet je deze goed begrijpen" aldus Waterschap Noorderzijlvest. Door tijdig in de beheerfase van de dijk te binnen met monitoren, wordt data verzameld die voor de beoordeling van de dijk essentieel zijn. Naast een bate in monetair opzicht, is het inzicht in dijksterkte veel betrouwbaarder en nauwkeurig geworden. Daarmee leverde de dijkmonitoring bij Noorderzijlvest niet alleen een besparing op in de omvang van de dijksterking, ook een verbeterd inzicht in dijksterkte en -gedrag en daarmee de waterveiligheidsituatie behoorde tot de opbrengsten.
Kosten in €
In totaal is er circa € 3,5 miljoen besteed aan monitoring voor het project LiveDijk XL en de beoordeling tezamen. Een fors deel hiervan is besteed aan de ontwikkeling van het DDSC (Dijk data servicecentrum). Hier is door Waterschap Noorderzijlvest 6 ton in geïnvesteerd. Het DDSC is ontwikkeld door Nelen & Schuurmans en Fugro. Een back-up locatie voor alle data is daarbij ook overwogen, maar is uiteindelijk komen te vervallen.
Kosten in tijd
Het opstarten en uitvoeren van een (eerste) monitoringsproject kost tijd. Denk aan het Livedijk XL project, dat intensief was, maar ook de ontwikkeling van het DDSC, de aanbestedingsprocedures en de kwaliteitsborging van meetapparatuur. Sinds Livedijk XL zijn er vele belangrijke inzichten in de keringen verkregen en ook nieuwe monitoringsprojecten gestart. Met de ervaring en kennis die het waterschap nu heeft opgedaan over meten en monitoren, wordt monitoring vaker en breder ingezet en worden meetplannen beter en doelmatiger ontworpen. Redundancy (reserve monitoringspunten) zijn soms benodigd om in geval van uitvallende sensoren een back up te hebben. De conclusie is dan ook het meetnet iets te overdimensioneren en uitval te accepteren en hierop te anticiperen.
2017-2018: In het kader van LBO1 zijn in dijktraject 6-6 ca 100 peilbuizen geplaatst in combinatie met uitgebreid geotechnisch onderzoek. In totaalzijn ca 30 sensoren geplaatst in o.a. de Emmapolderdijk ten behoeve van registratie effect van fijngelaagd kwelderzand op de freatische lijn. De output is o.a. benut tbv het toetsspoor AWO
2019: Na de afronding van de versterking Eemshaven - Delfzijl in 2019 is de monitoring gerelateerd aan eventuele deformatie tgv aardschokken in gang gezet.
2020: In 2020 zijn op meerdere locaties een combinatie aan sensoren geplaatst om dit te registreren. Los daarvan wordt driemaandelijks een 3D scan gemaakt van de kering om een up to date nulmeting te houden.
2022: analyse restlevensduur op basis van data ingewonnen tbv LBO1 en historische gegevens (monitoring asfaltbekleding dijktraject 6-6)
2023: pilot MASW ter plaatse van gemaal Noordpolderzijl ivm poging tot detectie van historische afwateringsgeul de Kromme Riet. Niet gedetecteerd. vervolgonderzoek in 2025.
2024: 1e stap MASW metingen ter plaatse van Noordelijk pand van de Dubbele Dijk icm boringen en sonderingen. In de planning in 2026 vervolgmetingen om oude kleidijk te traceren en te achterhalen of de kleidijk nog aanwezig is daar waar een gasleiding de dijk kruist.
2025: onderzoek mv MASW methodiek naar hervindbaarheid oude geul tpv voormalige uitwateringssluis in Westpolder. Potentieel relavant voor het aspect piping.
2025: meting met nieuw type sensoren tbv registratie deformatie (Stabi Alert) Eemskanaalkade na visuele signalering vervorming binnenteensloot. (monitoring asfaltbekleding dijktraject 6-6)
2026-2027: zijn voornemens om deze sensoren ook (in 2026 en 2027) toe te gaan passen na herstel van de kering tpv het Eemshotel waar het talud van de binnenteensloot over een grote lengte is afgeschoven.
Leerpunten en adviezen aan anderen
Leerpunten
Leverde de dijkmonitoring op wat Waterschap Noorderzijlvest had verwacht? Het Waterschap aan het woord...
Ja en nee. Nee, want we wisten niet wat we moesten verwachten anno 2011, binnen het waterschap hebben we het proefondervindelijk geleerd. En ja, de nieuwere projecten (infiltratieproeven en monitoring voor beoordeling en versterkingen) leverden wel op wat het waterschap ervan verwachtte.
De met de monitoring verkregen inzichten worden gebruikt voor alles wat onder de zorgplicht van het waterschap valt. Als waterschap moet je weten hoe de kering in elkaar zit en daarvoor heb je data nodig welke je in het veld ziet middels visuele inspecties, en gegevens die je kan binnenhalen via meetapparatuur in je kering. Dijkmonitoring past volledig binnen de zorgplicht.
Een belangrijk leerpunt is: waak ervoor dat niet slechts 1 persoon in de ‘monitoringstrein’ zit. Als deze persoon uitstapt dan heb je niemand meer in huis die weet waarom dingen gedaan zijn en niemand die door kennis en ervaring geïnspireerd kan raken om via een andere invalshoek monitoring toe te passen. Had het waterschap de ervaringen van Livedijk XL niet gehad, dan had zij bij de nieuwere projecten de meetplannen niet zo goed kunnen beoordelen en aanvullen als nu. Denk hierbij aan het meetplan dat is ontwikkeld gerelateerd aan de bouw van de windturbines op de Oostpolderdijk en de Getijdenduiker. Toch ervaren we nog steeds zelf ook dat het lastig kan zijn om collega’s in de ‘monitoringstrein’ te krijgen."
Advies
Welke adviezen wil je je collega's dijkbeheerders meegeven? Het Waterschap aan het woord...
"Gebruik niet direct al je budget als je nog aan het leren bent. Bouw het monitoringssysteem dan stapsgewijs uit, op basis van de ervaringen die je verkrijgt.
Denk goed na wat voor informatie je met je meetapparatuur binnen wilt halen en koppel dat duidelijk aan de nauwkeurigheid van je sensoren. Bijvoorbeeld een waterspanningsmeter voor metingen van aardbevingen: deze bewegingen gaan zo snel dat je een hoge nauwkeurigheid en meetfrequentie voor de meetapparatuur nodig hebt. Maar ook het frequent ijken van je druksensor is gerelateerd aan het duidelijk hebben wat je wil bereiken met je meting. Daarnaast heeft dit zijn consequenties voor het inzetten van collega’s: de interne organisatie rondom het plannen om hen ter plaatse langs te laten gaan voor het ijken van de meetapparatuur.
Monitoren betreft niet allen maar het meten met waterspanningsmeters en druksensoren. Ook het frequent meten van de kwaliteit van asfaltbekleding die op leeftijd begint te raken moet je zien als monitoren. De ene methodiek is meer gericht op registratie van reactie en de andere meer op ontwikkeling in de tijd.
Jan-Willem sluit het interview af met een duidelijk advies aan andere waterschappen: doe het gewoon, begin ermee. Daarnaast, neem de tijd om het te snappen, een monitoringssysteem hoeft niet in 1x bedacht en uitgevoerd te worden. Claim de ruimte om stap voor stap te kunnen opbouwen. Als je iets wil gaan meten, ga een keer brainstormen met collega’s. Je komt samen altijd nog op punten waar je in je eentje niet aan gedacht hebt."
