Waterschap Rijn en IJssel werkt aan de realisatie van het Monitoringsnetwerk Primaire Waterkeringen waarmee een beter, met data onderbouwd beeld wordt verkregen van wat er zich afspeelt rondom de dijk. Met de uitbreiding van 2 naar 4 peilbuizen per raai, ongeveer iedere 2 kilometer een raai en continue monitoring wordt de kwaliteit van berekeningen en beoordeling verbeterd, onzekerheden verkleind en wordt de zorgplicht objectief onderbouwd. Hiermee verbetert het waterschap haar handelingsperspectief en kan dijkgedrag blijvend beter kan worden verklaard, ook onder veranderende omstandigheden.
Rijn en IJssel
Faalmechanisme
Volgende faalmechanismen zijn binnen dit project van toepassing.
Waterschap Rijn en IJssel (WRIJ) werkt aan de realisatie van het Monitoringsnetwerk Primaire Waterkeringen (MPW) waarmee een beter, met data onderbouwd beeld wordt verkregen van wat er zich afspeelt rondom de dijk.
Met de uitbreiding van 2 naar 4 peilbuizen per raai, ongeveer iedere 2 kilometer een raai en continue monitoring wordt de kwaliteit van dijksterkteberekeningen en de beoordeling verbeterd, onzekerheden verkleind en wordt de zorgplicht objectief onderbouwd. Hiermee verbetert het waterschap haar handelingsperspectief en kan dijkgedrag naar verwachting beter worden voorspeld en verklaard.
Het project Monitoringsnetwerk Primaire Waterkeringen draagt bij aan het verbeteren van het inzicht in dijkgedrag en sterkte in zowel de versterkings- als de beheerfase. Dit onder normale maar ook uitzonderlijke omstandigheden zoals droogte en hoogwater. Door continu inzicht te hebben en de dijk beter te begrijpen kunnen ook voorspellingen over toekomstig dijkgedrag worden verbeterd.
Monitoringsstrategie en -plan
WRIJ maakt onderscheid in twee typen monitoring met ieder hun eigen doelstellingen:
Projectmonitoring: Monitoring binnen projecten Voor projecten wordt gericht onderzoek en monitoring uitgevoerd. Als bestaand beschikbare data voor de uitvoering van een project niet toereikend is, wordt er extra monitoring uitgevoerd. De ingewonnen data wordt opgeslagen in eigen databases van het waterschap.
Basismonitoring: monitoring ten behoeve van beheer Om inzicht te krijgen in dijkgedrag en dit gedrag te kunnen verklaren wordt ook gemonitord, de basismonitoring. Het waterschap heeft zich bij de start van het Monitoringsnetwerk Primaire Waterkeringen (MPW) eerst gericht op het monitoren van grondwaterstanden rond de dijk. De reden hiervoor was dat het waterschap, zowel de organisatie als de ICT-systemen, de benodigde ervaring en systemen hebben met deze data om te gaan. Met de ingewonnen data in de beheerfase wordt actief op objectieve wijze de zorgplicht onderbouwd. Na het pilotproject dat in 2020 is gestart en een positieve evaluatie, is per 2025 gestart met de grootschalige uitrol bij alle primaire keringen van het waterschap.
Projectmonitoring
Projectmonitoring richt zich op het verzamelen van relevante data voor uitvoering van het project (bijvoorbeeld in het geval van dijkversterkingen) of om de waterstaatkundige toestand van de dijk te monitoren als het gaat om projecten van derden nabij de dijk (bijvoorbeeld grootschalige woningbouw nabij de dijk).
Met de projectmonitoring wordt data ingewonnen die bijdraagt aan het geotechnisch inzicht in de dijk. Monitoring wordt in deze gevallen uitgevoerd om te controleren of de kering zich gedraagt zoals verwacht mag worden tijdens het project of afwijkend gedrag vertoond waardoor ingegrepen moet worden in de uitvoering van het project. Deze metingen worden met verschillende monitoringstechnieken uitgevoerd afhankelijk van het meet-/monitoringsdoel. Veelgebruikte methoden van WRIJ zijn:
Sonderingen & boringen
Sonderingen en boringen geven inzicht in de bodemopbouw. Aangezien de grondlagen belangrijke invloed hebben op de faalmechanismen en berekeningen hiernaar, is het belangrijk om hier inzicht in te hebben. Het inzicht in de grondlagen wordt ook gebruikt voor het bepalen waar en op welke diepte peilbuizen worden geplaatst.
Stijghoogte met peilbuizen Peilbuizen vormen anno 2025 in MPW het fundament van de basismonitoring. In het rivierengebied komen hoogwatergolven waarbij er goed gemeten kan worden niet frequent voor. Dit vraagt een systeem wat langdurig ingezet kan worden. Peilbuizen gaan lang mee en met de data die eruit komt is veel ervaring, waardoor de data goed te verwerken zijn. De peilbuizen worden geplaatst in het eerste watervoerende pakket/freatische laag. Met de ingewonnen data wordt over de meetraaien de dempingsfactor automatisch berekend.
Grondradar Met grondradar zijn de bovenste paar meter van de ondergrond, aan de buitenteen van de primaire keringen van Rijn en IJssel in beeld gebracht. Dit is in tegenstelling tot de sonderingen en boringen een meting in een vlak in plaats van een puntmeting. Bovendien betreft het een geofysische meting. Met grondradar metingen zijn trends in de ondergrond in beeld gebracht. Deze metingen leveren evenwel geen geotechnische data op die in de berekening van dijksterkte kunnen worden gebruikt. Wel is inzicht verkregen in locaties waar peilbuismonitoring moet worden uitgevoerd.
Hoogtemetingen Voor de hoogtemetingen wordt vaak een drone ingezet met remote sensing technology. Dit resulteert in een hoogtegrid met blokjes van 50 bij 50 cm met een z-waarde eraan gehangen. Deze metingen worden aanvullend uitgevoerd op het Actueel Hoogtebestand Nederland.
Een voorbeeld van projectmonitoring na een project is de haven bij Spijk, waar ook de Spijksedijk (primaire waterkering) is gelegen. Rijkswaterstaat heeft daar een overnachtingshaven voor de beroepsscheepvaart aangelegd. Hierdoor is het voorland grotendeels verdwenen zoals te zien is in onderstaand figuur. Om inzicht te krijgen in de nieuwe kwelsituatie zijn er peilbuizen geplaatst. Deze peilbuizen meten de stijghoogte en geven het waterschap de benodigde data om de nieuwe kwelsituatie vast te kunnen stellen. Hierdoor is de impact van het project en de nieuwe situatie weer duidelijk in beeld gebracht en kan de sterkte van dit deel van de dijk nauwkeuriger berekend worden.
Spijk: voor en na de aanleg van de overnachtingshaven.
Monitoring ter voorbereiding van projecten wordt in een beperkte tijd, relatief kortstondig (enkele maanden tot een jaar) uitgevoerd. Gericht worden data en informatie ingewonnen ter ondersteuning van de uitvoering en/of het ontwerp van het project.
Zodra een project wordt aangedragen of aangekondigd, wordt bepaald welke data en informatie zijn genodigd om het project voor te bereiden en uiteindelijk uit te kunnen voeren. Als blijkt dat beschikbare data en informatie onvoldoende zijn, wordt projectmonitoring gestart. Toe te passen meetmethoden zijn hiervoor beschreven. Ingewonnen data wordt in de databases van het waterschap opgeslagen voor toekomstig gebruik.
Voorbeeld: Dijkversterking Den Elterweg - Zutphen
Een ander voorbeeld hiervan is het dijkversterkingsproject Den Elterweg – Zutphen. Over het gehele projectgebied (ca. 5 km dijk) zijn peilbuizen geplaatst om de stijghoogte onder de dijk te kunnen meten. Er zijn 5 raaien peilbuizen geplaatst met een ongeveer gelijke afstand tussen de raaien. Elke raai bestaat uit 2 peilbuizen die geplaatst zijn in de binnen- en buitenteen van de dijk in het watervoerende pakket direct onder de dijk. Met de ingewonnen data kan worden beoordeeld of de aannames voor het dijksterkte ontwerp kunnen worden aangepast.
Naast de monitoring met peilbuizen zijn handboringen, sonderingen en machinale boringen uitgevoerd om de grondlagen goed in beeld te krijgen. Vanuit de Eerste Landelijke Beoordeling (LBO1) zijn tevens nog geofysische metingen beschikbaar, voor het aantonen van vlakdekkende slecht doorlatende lagen op delen van het voorland.
Waterspanningsmeters zijn bewust niet toegepast in dit project omdat de kleiige dijkopbouw zich hier niet toe leent. Daarnaast worden de dijken bij WRIJ slechts incidenteel belast wat niet goed past bij het meten met waterspanningsmeters. De levensduur wordt hierdoor negatief beïnvloed.
Basismonitoring
Basismonitoring refereert naar de monitoring die wordt uitgevoerd in het kader van en ten behoeve van het onderbouwen van de Zorgplicht. Basismonitoring geeft in algehele zin langdurig inzicht in dijkgedrag en dijksterkte. Op het gebied van langdurige monitoring wordt bij WRIJ veel geïnnoveerd.
Monitoringsnetwerk Primaire Waterkeringen
Om continu inzicht te krijgen in de staat van de dijken, werkt WRIJ aan de realisatie van het Monitoringsnetwerk Primaire Waterkeringen (MPW). Het project heeft primair de volgende doelen:
Het realiseren van een monitoringsnetwerk langs alle primaire waterkeringen van het waterschap;
het in de dagelijkse praktijk van het waterschap als beheerorganisatie implementeren van het gebruik van de ingewonnen monitoringsdata.
In 2017 is een nieuw instrumentarium en nieuwe norm van kracht geworden voor waterveiligheidsberekeningen voor de primaire keringen. In 2050 moeten alle primaire waterkeringen in Nederland voldoen aan de nieuwe normen. Uit de uitgevoerde berekeningen blijkt dat een deel van de dijken van het waterschap is afgekeurd op de faalmechanismen piping en macrostabiliteit. Om de scope van de dijkversterking scherp te krijgen is langdurige monitoring een groot pluspunt, want hoe langer wordt gemonitord, hoe groter de kans dat hoogwatersituaties en de impact hiervan op het grondwater en de dijk ook wordt gemonitord.
Met het aldus te verkrijgen langjarig zicht op de grondwaterstanden rondom de dijken kunnen dempingsfactoren beter worden bepaald. Daarnaast verbetert het waterschap het hydrologisch model rondom de dijken met de ingewonnen grondwaterdata.
Uitrollen monitoringsnetwerk
Anno 2025 wordt op basis van de resultaten van het uitgevoerde pilotproject op 48-1 (Duitse grens naar Westervoort bij Arnhem) de uitrol van het monitoringsnetwerk naar alle primaire keringen gerealiseerd. Het monitoringsnetwerk primaire waterkeringen voorziet in basismonitoring, maar voorziet ook in projectmonitoring in voorbereiding op dijkversterkingsprojecten waaraan het waterschap werkt.
Van belang is te melden dat bij de aanbesteding van de aanleg van het monitoringsnetwerk en de levering van grondwaterdata is bepaald dat alle ingewonnen grondwaterdata eigendom zijn van het waterschap. Er zijn daarnaast minimale eisen gesteld aan de datazekerheid en -levering.
Primaire waterkeringen WRIJ van grens tot Doetinchem
Bevermonitoring
Bevergraverijen in de dijken zijn een relatief nieuw fenomeen bij Rijn en IJssel. Omdat bevers in tegenstelling tot muskusratten een beschermde diersoort zijn, is het niet mogelijk om de populatie te beheersen. Om te controleren of bevergraverijen plaatsvinden en invloed hebben wordt er geïnspecteerd en gemonitord. Inspecties worden onder andere met infraroodkijkers uitgevoerd. Daarnaast zijn risicokaarten gemaakt met de gebieden waarvan bekend is bij het waterschap dat de bevers nabij de dijk zitten en water vrij snel tegen de dijk aan staat bij hoog water. Op deze plekken worden inspecties uitgevoerd met infraroodkijkers in de schemer of nacht om te bepalen of de bevers zich richting de dijk verplaatsen. Als dit wordt waargenomen gaan de volgende dag inspecteurs ter plaatse om te controleren op bevergraverijen en eventuele schade.
Monitoringsnetwerk Primaire Waterkeringen (in uitvoering)
Het monitoringsnetwerk primaire waterkeringen bestaat uit ongeveer 75 raaien peilbuizen met ieder 4 peilbuizen per raai. Deze worden geplaatst in het voorland, buitenteen, binnenteen en achterland van de primaire waterkeringen (zie ook onderstaande kaart). De buizen worden geplaatst om langdurig de stijghoogtes te meten. Omdat de metingen het meest effectief zijn bij hoog water is het belangrijk dat de peilbuizen lang genoeg blijven staan om de hoogwatersituaties te kunnen meten. Het kan jaren duren voordat er weer een hoogwatergolf langskomt. Daarom is het van belang om het netwerk alvast aan te leggen; dit kan immers niet even snel gebeuren als een hoogwater eraan komt. Het tijdig installeren van het monitoringssysteem, heden, onder reguliere omstandigheden biedt als voordeel dat wanneer hoogwater optreedt zeker wordt gemonitord en de data wordt ingewonnen. Als gewacht wordt op de start van de voorbereidingen van een versterkingsproject is de kans groot dat interessante hoogwatergolven worden gemist omdat de monitoringsduur eenvoudigweg veel korte is. Het MPW voorziet in structurele, langjarige monitoring.
Primaire keringen van WRIJ waar het monitoringsnetwerk wordt gerealiseerd.
Peilbuizen vormen een robuuste, relatief simpele en bewezen techniek. De peilbuizen worden door het hele areaal primaire waterkeringen geplaatst op plekken waar dit nodig wordt geacht, bijvoorbeeld omdat er nog onzekerheden zijn in voorbereiding op versterkingsprojecten ten aanzien van specifiek dijkgedrag of specifieke parameters. Daarnaast zijn locaties aangemerkt als referentielocatie; van deze locaties zijn dijkgedrag en sterkte in hoge mate van zekerheid bekend. Ze kunnen daarmee dienen als vergelijkingsmateriaal voor andere locaties.
Omdat de peilbuizen ook in het voor- en achterland staan, en niet alleen bij de teen van de dijk, kan het stijghoogteverschil over het voor- en achterland worden bepaald. Daarmee worden dempingsfactoren berekend. De dempingsfactor wordt gebruikt voor berekeningen naar piping in zowel Sellmeijer-berekeningen als D-Geo flow modellen. Met de monitoring worden dempingsfactoren objectief en rekenkundig bepaald. Dit geeft meer zekerheid dan vroeger uitgevoerde inschattingen. Hoofdzakelijk blijkt dat de dijken sterker zijn dan gedacht waardoor dijkversterkingsopgaven geringer in omvang worden uitgevoerd. Echter mag niet worden uitgesloten dat in voorkomende gevallen blijkt dat dijken juist gevoeliger zijn voor bepaalde faalmechanismen. Dit zorgt ervoor dat wordt voorkomen dat een onbekend waterveiligheidstekort optreedt.
Rapportage van de monitoringsdata / Dataverwerking en gebruik
Het verzamelen van data is alleen nuttig als de data ook wordt verwerkt en gebruikt. Omdat het meetnetwerk voor project MPW zo groot is, wordt veel data ingewonnen.
Momenteel wordt er in het interne 'Datalab' van het waterschap een methode ontwikkeld om alle stijghoogtedata zo snel mogelijk te verwerken via modellen in D-Geo flow. Het streven is om real time de data te kunnen verwerken, om vervolgens real time inzicht te hebben in de dijksterkte. In de toekomst wordt verwacht dat ook voorspellingen kunnen worden gegeven van dijksterkte gegeven verwachte waterstanden in het buitenwater.
Zodra de data real-time verwerkt wordt, kan er ook real-time gericht actie ondernomen worden mocht dat nodig zijn. Waarschuwingswaarden kunnen worden geprogrammeerd. Als waarschuwingswaarden worden bereikt, worden collega's van het waterschap geïnformeerd en kan er direct actie worden ondernomen. Zo kan er met de stijghoogtemetingen het gevaar van aanstaand opbarsten gekoppeld aan vooraf ingestelde waarden. Op locatie kan vervolgens worden gepaald of er zandmeevoerende wellen ontstaan.
Voordat deze fysieke inspectie wordt uitgevoerd, wordt ook gekeken naar de metingen aan de bodemopbouw. Als de deklaag relatief dun is (1/2 tot 1 meter) zal opbarsten snel plaatsvinden. Bij een dikkere deklaag kan er makkelijker één zwakke plek zijn waar alle stroming wordt geconcentreerd na opbarsten. Het optreden van zandmeevoerende wellen zijn in deze situatie kansrijker met als gevolg dat inspecties ter plaatste urgent kunnen zijn.
Monitoring ten behoeve van het beheer, beoordeling en versterking
Er zijn tijdens de laatste beoordelingsronde een aantal dijken afgekeurd op de faalmechanismen piping en macrostabiliteit binnenwaarts, waarbij piping meest bepalend is voor de faalkans. Onderzoek heeft uitgewezen dat monitoring van deze keringen belangrijk kan bijdragen aan het verfijnen van de scope van de versterkingsprojecten die worden voorbereid. Daarnaast draagt monitoring na afkeuring bij aan het houden van een vinger aan de pols van de afgekeurde dijk. De zorgplicht van het waterschap wordt daarmee deels met monitoring vormgegeven.
Deze conclusie werd getrokken door de dijkbeheerder, verantwoordelijk voor het dagelijks beheer van de primaire waterkeringen. De beschikbaarheid van lange termijn datareeksen van grondwater zijn hiervoor belangrijk. De beheerder heeft daarom vervolgens besloten om doelgericht en doelmatig langjarige monitoring op en rond de primaire waterkeringen te realiseren.
Met langjarige datareeksen kunnen onnauwkeurigheden in de berekeningen worden verkleind omdat dijk- en grondwatergedrag beter inzichtelijk zijn gemaakt. Daarnaast stelt langjarige dijkmonitoring WRIJ in staat om trendmatige veranderingen in grondwaterstanden (bv. als gevolg van klimaatverandering) objectief in beeld te brengen en de effecten hiervan op dijksterkte te verklaren.
Met een objectieve en gedegen onderbouwing kan data-gedreven besluitvorming worden gerealiseerd waarbij tijdig (niet te vroeg en niet te laat) de juiste beheer- en versterkingsmaatregelen kunnen worden overwogen en genomen.
Financiën
Financiering
De financiering van de realisatie van het monitoringsnetwerk primaire waterkeringen vindt primair plaats door het waterschap zelf. Daar waar ook data wordt ingewonnen ten behoeve van versterkingsprojecten wordt een beroep gedaan op de subsidieregeling Dijkmonitoring van het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP). In alle gevallen draagt het waterschap zelf zorg voor de inwinning van de data, het beheer en onderhoud van het monitoringsnetwerk en de verwerking van de ingewonnen data. Meer informatie over de subsidieregeling van het HWBP is te vinden op: https://www.hwbp.nl/kennisbank/subsidiabiliteit-monitoring-waterspannin…;
Kosten in €
De realisatie van de monitoringsinfrastructuur valt onder te verdelen in twee hoofdpunten, namelijk ten behoeve van de voorbereiding voor versterkingsprojecten en ten behoeve van het (dagelijks) beheer en de beoordeling van de waterkeringen.
Verwacht wordt dat de kosten ruimschoots opwegen tegen de opbrengsten: een efficiënter dijkontwerp en het verzekerd zijn van bruikbare data ingewonnen tijdens hoogwater. Deze verwachting is gerechtvaardigd op basis van ervaringen bij dijkbeheerders in heel Nederland in soortgelijke situaties.
Kosten in tijdsbesteding
De tijdsbesteding voor de realisatie van het monitoringsnetwerk richt zich primair op het ontwerp van het monitoringssysteem, de inkoop hiervan en de daadwerkelijke realisatie hiervan in het veld. Voor de realisatie van het monitoringsnetwerk is een project opgericht. Het beheer van het netwerk, inclusief de dataverwerking en -analyse vallen onder de reguliere werkzaamheden van het waterschap en zijn belegd in de jaarlijkse operatie.
Tijdens de exploitatie- en data-acquisitiefase wordt het functioneren van het monitoringsnetwerk gecontroleerd en wordt geacquireerde data gecontroleerd, verwerkt en geanalyseerd. Op zijn anno 2025 nog geen ervaringscijfers beschikbaar van de tijdsbesteding die hiermee gepaard gaat.
Baten
De volgende baten zijn geïdentificeerd:
Inzicht in het functioneren van het grondwatersysteem;
Het verkrijgen van basisdata voor bepaling dempingsfactoren ten behoeve van berekeningen naar bijvoorbeeld piping;
Het verkrijgen van langjarige meetreeksen als basis voor het bepalen van dijksterkte voor specifieke faalmechanismen ten behoeve van dijkversterkingsprojecten en het beheer;
Met de langjarige meetreeksen wordt inzicht verkregen in gedrag van de kering mede onder veranderende omstandigheden wanneer deze optreden tijdens de meetperiode (droogte, natte, etc.). Afwijkend gedrag kan naar verwachting beter worden geduid met de beschikbare data.
Het bijdragen aan het scherp stellen van de scope van versterkingsprojecten.
2020: start project, vorming plan van aanpak en verlening interne opdracht realisatie in twee stappen: 1. pilot, 2. bij goed gevolg: uitrol
2020: afstemming B&O, versterking, beoordeling
Oktober 2020: realisatie 1e peilbuisnetwerk MPW en start monitoring
Juni 2021: start dataverwerking in datalab: dempingsfactoren tbv piping
2022 (periodiek): verwerking data tbv verbetering regionaal hydrologisch model
Oktober 2023: resultaten pilot bekend, start voorbereiding uitrol
December 2023: start proces bestuurlijke goedkeuring
Maart 2024: bestuurlijke goedkeuring realisatie MPW
Maart 2024: start proces aanbesteding realisatie monitoringsnetwerk
Mei 2024: Start aanbestedingsproces
November/december 2024: verificatiegesprekken en opdrachtverlening
Januari 2025: 1e deeluitvraag realisatie MPW
Januari 2025: start vergunningen (nieuwe omgevingswet)
Juni 2025: deelopdrachten verleend
Juli 2025: vergunningen verleend
Augustus 2025: start met realisatie 1e uitrol monitoringsnetwerk
Leerpunten en adviezen aan anderen
Het waterschap aan het woord...
"Ten eerste wordt aanbevolen om zo snel mogelijk simpelweg te beginnen met een langjarig en structurele monitoring. Hoe eerder de monitoring begint hoe sneller en meer data beschikbaar is en hoe groter de kans is data dat wordt ingewonnen tijdens hoogwater en het zowel de dijkversterkings- en beheerfase helpt verbeteren in je gebied.
Bij langdurige monitoring is het belangrijk dat de dataverwerking goed op orde is. Bij een groot netwerk wordt veel data ingewonnen, veel meer dan voorheen. Bij WRIJ is er gekozen voor peilbuizen omdat er veel ervaring is het de data die uit de stijghoogtemeters in de peilbuizen komt. Omdat we er ruime ervaring mee hebben bij het waterschap, is goede opslag en gebruik van de data gezekerd.
De tweede aanbeveling is dan ook om te verzekeren de monitoringsdata in 'dagelijkse praktijk' te gebruiken en sluit hierbij aan op de systemen die gangbaar zijn.
De derde aanbeveling gaat over het breder kijken naar opgaves. als voorbeeld hierbij de toenemende droogte en het eroderen van de rivierbodem van de Rijntakken in het gebied van WRIJ en het daarmee toenemende drainerende effect van de grote rivieren op het regionale systeem. Kan het monitoringsysteem daarbij ook inzichten bieden, door het ontwerp enigszins hierop aan te passen.
Ten vierde is het belangrijk dat er monitoringstechnieken worden toegepast die zowel bij het monitoringsdoel passen als bij de monitoringslocaties. Niet alle methoden werken goed bij alle typen keringen. Aspecten als ondergrond, waterstandsfrequentie en waterhoogte tegen de dijk of bijvoorbeeld de aanwezigheid van ((sterk) wisselende) waterstanden kunnen grote impact hebben op de te kiezen monitoringsmethoden."
