Bresgroei: Een experimenteel onderzoek naar de ontwikkeling van de ontgrondingskuil

In Nederland wordt, ter vervanging van de huidige ontwerpmethodiek op basis van een overschrijdingskans, gewerkt aan een nieuwe, probabilistische ontwerpnorm voor de zee- en rivierdijken. Deze nieuwe norm wordt gebaseerd op een risicobenadering. Hierbij bestaat het risiko uit de kans op een overstroming, gecombineerd met de schade die daardoor ontstaat. Voor het berekenen van de bij een dijkdoorbraak te verwachten schade is het noodzakelijk het verloop van de inundatie van de polder te kennen. Dit inundatieverloop wordt onder andere bepaald door het debiet dat de polder instroomt, en daarmee door de afmetingen van het stroomgat in de dijk. Het is daarom van belang de ontwikkeling van het stroomgat, de bres, te kennen. Sinds 1986 is onderzoek verricht naar dit proces van bresgroei. Er is een mathematisch model opgesteld, waarin voor de verschillende stadia van het doorbraakproces analytische uitdrukkingen voor de groei van het stroomgat worden gegeven. Dit model is echter nog niet volledig; met name de ontwikkeling van de ontgrondingskuil, die tijdens de doorbraak ontstaat, is nog onzeker, terwijl de uiteindelijke afmetingen van de kuil van belang lijken te zijn in een praktijksituatie. Dit afstudeerproject omvat een onderzoek naar het ontstaan en de ontwikkeling in ruimte en tijd van deze ontgrondingskuil. Het onderzoek heeft tot doel om het inzicht in het bresgroeiproces te vergroten en tevens uit de resultaten een gegevensbestand voor het proces te genereren. Het onderzoek heeft op experimentele wijze plaatsgevonden, door middel van een drietal dijkdoorbraakproeven in het Laboratorium voor Vloeistofmechanica van de TU Delft. In de proefopstelling is een glaswand geplaatst, zodat een in lengterichting gehalveerde dijk ontstaat. Langs de glaswand is, over de kruin van de dijk, een initiele geul gemaakt om de doorbraak op die plaats te laten plaatsvinden. Het doorbraakproces, inclusief de ontwikkeling van de ontgrondingskuil, kon op deze manier met behulp van videocamera's vanaf de zijkant waargenomen worden. Tijdens de experimenten is bovenstrooms van de dijk op drie plaatsen de waterstand gemeten. De stroomsnelheid is op drie punten geregistreerd: in de bres en op twee locaties bovenstrooms. De breedte van het stroomgat is vastgelegd met behulp van een fotocamera recht boven de bres. In alle experimenten is de ontwikkeling van de ontgrondingskuil beinvloed door de fysieke begrenzingen van het model. Hierdoor kunnen geen exacte dieptegegevens worden gepresenteerd. Wel sluiten de proefresultaten aan bij de historische praktijksituatie, zoals die aangetroffen wordt ter plaatse van oude dijkdoorbraken langs de rivieren, de zogenaamde "wielen". De dieptemetingen uit een eerder uitgevoerd veldexperiment, het Zwin'94-experiment, vragen om nader onderzoek, aangezien zij duidelijk afwijken van zowel de historische gegevens als de resultaten van dit onderzoek. Uit de resultaten van de uitgevoerde experimenten lijkt een invloed van de pakking van het bodemmateriaal op het ontgrondingsproces aantoonbaar. Tevens blijkt dat het bestaande bresgroeimodel, afhankelijk van de wijze van toestroming naar de bres, goede resultaten geeft. Al met al kan gesteld worden dat het inzicht in het verloop van een dijkdoorbraak met dit onderzoek vergroot is. Verder zijn drie sets met meetgegevens ontstaan, welke de mogelijkheid bieden, te dienen als hulpmiddel bij het uitbreiden en eventueel verbeteren van het bestaande bresgroeimodel.