Het keren van water

In de herziene Waterwet van 2017 wordt gesproken over primaire waterkering en over regionale waterkeringen. De uitleg is als volgt. De primaire waterkering beschermt het achterland en de burgers tegen de overstroming bij hoogwater vanuit de Noordzee en de grote rivieren zoals de Rijn, de Maas en de Schelde. Ook de grotere meren worden daartoe gerekend. Het betreft duinen, dijken en de daarin opgenomen kunstwerken. De hoofdfunctie is het bieden en borgen van de veiligheid.

Het geleiden van water

De niet-primaire waterkering wordt in de Waterwet geduid als regionale waterkering en wordt ook wel als secundaire waterkering geduid. De regionale waterkeringen worden aangewezen door de provincie of het waterschap. Het betreft de ‘natte’ waterkering zoals de kades langs boezemwater als de ‘droge’ waterkering zoals de oevers van de regionale rivieren en beken. Naast de hoofdfunctie veiligheid spelen de regionale waterkeringen ook een rol bij de infrastructuur (scheepvaart, auto-fiets- en wandelwegen), landbouw, natuur en recreatie. Daarnaast zijn de regionale waterkering nauw verbonden met het wonen en leven in het betreffende gebied.

Veendijken nemen daarbij een bijzondere plek in. Veendijken zijn op natuurlijke wijze ontstaan door het afgraven van veen. Door de ontwatering en het inklinken zakte de ondergrond weg en bleven de natte oevers staan. De kern van de veendijk is vochtig en daardoor gevoelig voor droogte. Als door langdurige droogte in de afdekkende gras scheuren ontstaan, kan de zuurstofrijke buitenlucht toetreden. Er ontstaat een chemisch proces: het natte veen oxideert het tot turf. Turf is zacht, bros en aanmerkelijk lichter dan veen. Daardoor gaat de top van de dijk gaan drijven op het natte deel. Daarmee verliest de dijk haar stabiliteit. Daar komt nog eens bij dat de omzetting van veen naar turf niet-omkeerbaar is. Turf zelf neemt geen vocht op waardoor de dijk blijvend is verzwakt.

IJkdijken

Dijken innoveren. Dijken zijn steeds vaker onderwerp van studie en proeven. Proeven met golfslag, proeven met overstroming en erosie, sensortechnologie in de dijk, scannen vanuit een satelliet, drones. Het verzamelen van data staat daarbij centraal om vervolgens daarmee tot een model en een voorspelling te komen. Maar ook het doorsteken van echte dijken komt voor zoals in de Hedwigepolder. De ijkdijk is een testfaciliteit om hoogwaterstanden, verval, beschadiging, vervorming en bezwijken op realistische wijze met elkaar in verband te brengen.

Het uiteindelijk doel is om de waterkeringbeheerders het verband te schetsen tussen de staat van de dijk enerzijds en het mogelijke faalmechanisme anderzijds. 

Figuur 1: de modeldijk

Plaats op de dijk: 

• Het voorland zijn de uiterwaarden tot aan de buitenteen.
• Waar geen uiterwaarden zijn, kan er wel een buitenberm zijn. Een buitenberm is het onderste buitenste, meestal vlakke deel, van de dijk tot aan de buitenteen.
• Als een buitenberm ontbreekt wordt gesproken over een vooroever. Zie hiervoor ‘buitentalud en vooroever’.

Specifieke functies van het voorland en de buitenberm:

• Geven tegendruk aan het dijklichaam.
• Beide voorkomen dat het dijklichaam zijwaarts uitzakt of wegschuift;

- bij een instabiele en/of slechte ondergrond;

- bij verweking of bij wateroverspanning waardoor een naar buiten gerichte druk vanuit het dijklichaam ontstaat.

• Zorgen voor een langere kwelweg.
• Wanneer de ondergrond het water makkelijk doorlaat, stroomt het water onder de dijk door van de buitendijkse zijde, dus de kant van het hoge water naar de binnendijkse zijde. Zowel het voorland als de buitenberm verlengen de afstand wat het water moet overbruggen. Dat heet de kwelweg. Bij een langere kwelweg ondervindt de waterstroom meer weerstand en wordt de doorstroming belemmerd. De ondergrond is daarmee minder doorlatend.  Klei laat het water slecht door.  Een kleidek op het voorland of buitenberm belemmert de indringing dus nog meer.
• Zorgen voor een lagere golf- en stroombelasting.
• Zowel het voorland als de buitenberm zorgen ervoor dat de stroming van het water verder buiten de dijk blijft. Ter plaatste van het voorland en de buitenberm is het water minder diep waardoor golven minder hoog worden, of eerder breken en de stroming wordt afgeremd.  
• Bij laag water wordt de buitenberm gebruik als pad voor het onderhoud.

Resultaten:

• Geeft stabiliteit.
• Minder kwel en wellen.
• Minder golf- en stroombelasting.
  

Plaats op de dijk: 

• Het buitentalud is het hellende vlak aan de buitendijkse zijde (waterzijde) boven de normale waterlijn. De normale waterlijn is gelijk aan de waterstand bij normale omstandigheden, dus niet verhoogd, zeker niet extreem hoog, maar ook niet laag.
• De vooroever is hetzelfde hellende vlak als het buitentalud maar dan het deel onder de normale waterlijn.

Specifieke functie:

• Verbreding dijklichaam. Met een talud en vooroever verbreedt het dijklichaam zich van de kruin naar de tenen van de dijk. Met deze toenemende verbreding neemt ook de stabiliteit van de dijk toe.
• Vooroever en buitenberm weren indringend buiten water en belemmeren dan wel vertragen daarmee verweking en verzadiging van de kern van de dijk. Bepalend hiervoor is de hellingshoek waaronder het talud is aangelegd. Met een flauwer wordend talud, neemt het oppervlak toe en daarmee de weerbaarheid. 
• Door een breder talud wordt de dijkbasis groter. De kwelweg wordt langer en de weerstand tegen water dat door de dijk heen stroomt naar het achterland (kwel) neemt daarmee wederom toe.
  
• De vooroever en het buitentalud weren de golfslag en de belasting van langsstromend water. Belangrijk daarbij is de wetenschap dat de terugtrekkende golf een zuigkracht op de dijk uitoefent. Deze krachten zijn zo groot dat basaltblokken, betonplaten en dus ook graspollen los gewrikt kunnen worden. Dit heeft erosie tot gevolg.
• Bij een flauw talud is veel oppervlak beschikbaar om de energie van de golf direct op te nemen. Het tweede effect is dat de  golf  lang door kan rollen waardoor de energie in de golf verder uitdooft. Het derde effect is dat bij een kleine hellingshoek de golven eerder breken en dus aan kracht inboeten. De stroming wordt dan afgeremd en minder sterk.
• Een stevig kleidek van 1 tot 2 meter houdt de zandkern op z'n plaats en verhoogt de weerstand tegen indringend water aanzienlijk. Dit voorkomt uitspoeling en erosie door.

Resultaten:

• Voeroever en buitentalud dragen bij aan de stabiliteit van de dijk;
• Vooroever en buitentalud van voldoende dikte maken de dijk minder gevoelig voor verweking en verzadiging;
• Vooroever en buitentalud beperken de impact van golven en langsstromend water.
  

Plaats op de dijk: 

• Het hoogste deel van het dijklichaam dat de verbinding vormt tussen het binnen- en buitentalud;
• De overgang tussen buitentalud, kruin en binnentalud is in figuur 7 hoekig weergeven. In werkelijkheid gaat het om een afgevlakte of afgerond overgang zoals figuur 8 laat zien;
• Als de vlakken van de dijk worden doorgetrokken (zie figuur 8) dan wordt duidelijk dat de kruinlijn ook buiten de dijk kan liggen. De ervaren dijkwachter en zeker de waterkeringbeheerder kan aan de kruinlijnen zien of de dijk nog op z'n plaats ligt, dan wel enigszins opzij wordt gedrukt. 

Specifieke functies:

• De kruin is het hoogste niveau (waakhoogte) waarop het water wordt gekeerd. Let op! Dit is niet gelijk aan de maximale hoogwaterlijn (MHW). De MHW-waarde ligt onder de kruin. Het verschil tussen de waakhoogte en de MHW wordt gebruikt voor golfoploop.
• Een tweede functie van de kruin kan zijn verkeersweg of onderhoudspad. Op veel dijken zie je wegen. De oorsprong hiervan is dat deze wegen bij overstroming begaanbaar bleven en bij de ontginning van polders was een weg op de dijk noodzakelijk vanwege de toegankelijkheid. Nu nog zij dijkwegen toegankelijk na een overstroming.
• De breedte en waakhoogte van de kruin bepaald mede de dimensie en sterkte van de dijk.
• Met een brede kruin ontstaat ook een brede dijk. Een hoge waakhoogte bepaald mede de grootte van de dijk.
• De kruin geeft bescherming aan het dijklichaam tegen de kracht van water bij oploop, overloop en overslag. Bij overloop stroomt het water over de dijk heen. Bij overslag slaan golven op of over de kruin. In beide gevallen kan uitspoeling (erosie) ontstaan en kan het water indringen. De kruin moet hier weerstand tegen bieden. Indringing van water vergroot de kans op verweking en verzadiging van het dijklichaam.
• Een afdekking met klei zorgt voor een goede afdichting. Als de kruin wordt benut voor een fietspad of een autoweg, dan zorgt de verharding (beton, asfalt) voor deze afdichting. 
• Verder ligt de kruin met een toog of op afschot zodat het water van de kruin afloopt. Bij het ontbreken van een kleidek kan de waakhoogte hoger liggen zodat het effect van erosie en indringing verminderd wordt.

Resultaten:

• Keert het water bij golfoploop;
• Bepaalt mede de sterkte van de dijk;
• Maakt het dijklichaam minder gevoelig voor verweking en verzadiging.
  

Plaats op de dijk: 

• Het hellende vlak aan de binnendijkse zijde (landzijde) tussen de binnenkruin en de insteek van het binnen talud.

Specifieke functie:

• Verbreding dijklichaam.
• Een talud verbreedt het dijklichaam van de kruin naar de teen van de dijk. Met deze toenemende verbreding neemt de stabiliteit van de dijk toe.
• Het binnentalud ondervindt in tegenstelling tot het buitentalud slechts de druk van binnenuit door het ontbreken de tegendruk van het hoge buitenwater zelf. 
• Het hoge buitenwater water wil door de dijk vanaf de buitendijkse zijde (hoogwater zijde), naar de binnendijkse zijde (landzijde) stromen. Dit wordt kwel genoemd gelijk de waterstroom onder de dijk door. Door verzadiging neemt naar buitengerichte druk vanuit het dijklichaam toe. Een flauw talud kan deze buitenwaartse druk beter weerstaan.
• Het talud weert de indringing van water door overloop en overslag en daarmee verweking en verzadiging. Bepalend hiervoor zijn:

- de hellingshoek waardoor het dijklichaam van kruin naar teen toe verbreedt. Bij een grote hellinghoek, steil talud, zal het water sneller van het talud afstromen, waardoor water geen tijd heeft om in te dringen.

- een afdichtende deklaag. Met een kleidek bekleding wordt de weerstand tegen indringing aanzienlijk verbeterd. Een kleidek (slecht waterdoorlatend) verhoogt daar en tegen de waterdruk net achter het kleidek

• Een talud weert overloop- en overslagbelasting. Bepalend hiervoor zijn:

- de hellingshoek, waarin het talud ligt.De hellingshoek bepaalt waarin de kracht van de golven bij overslag wordt opgevangen en overgebracht op het dijklichaam. Hoe groter het oppervlak hoe meer dat de kracht wordt verdeeld.

- de hellingshoek is ook bepalend voor de snelheid waarop het water over het binnentalud wordt afgevoerd. Snelstromend water vergroot de kans op uitspoeling (erosie). Voor het afvoeren van water is een flauw talud dus beter. Dit in tegenstelling tot de indringing van water waarbij een steil talud juist beter is. 

• Geeft weerstand tegen uitspoeling (erosie):

- ook hier geldt dat de kwetsbaarheid tegen uitspoeling van het dijklichaam minder is naarmate het talud flauwer wordt, dus met een kleine hellingshoek. Spoelwater als gevolg van overloop en golfoverslag heeft minder vat op een flauw talud.

- het kleidek vermindert dit effect sterk. Het kleidek is slecht waterdoorlatend, maar verhoogt daarentegen de waterdruk net achter (onder) het kleidek.

Resultaten:

• Geeft stabiliteit.
• Minder gevoelig voor verweking en verzadiging van het dijklichaam.
• Minder kwetsbaar voor overloop- en overslagbelasting.
  

Niet alle dijken hebben een binnenberm. Het kan zijn dat het binnentalud direct overgaat in het achterland, of eindigt in de teensloot, dan wel een kolk (wiel) . De modeldijk heeft wel een binnenberm.

Plaats op de dijk:

• De binnenberm begint bij de modeldijk halverwege het binnentalud bij de insteek van het binnentalud. In werkelijkheid kan dit punt hoger of lager liggen.
• De binnenberm eindigt bij de insteek van de binnenteen. Bij de modeldijk is de insteek van de binnenteen het begin van het achterland.
• Het laatste deel van de binnenberm is bij de hedendaagse meestal vlak en aangelegd met zanderige grond en puin. Hierdoor kan de waterkering makkelijker water afvoeren (drainage). De grens tussen waterkering en achterland is hierdoor minder goed zichtbaar. 
  

Toevoeging:

De binnenberm wordt ook wel steunberm genoemd. Dat geeft verwarring. Strikt genomen geeft het binnentalud ook steun aan de waterkering.

Als een dijk door omstandigheden dreigt te bezwijken, wordt veelal als noodmaatregel aan de binnenzijde zand gestort. Het zand geeft steun aan de binnenberm. Pas dan wordt gesproken over een steunberm.   

Specifieke functies:

• De binnenberm maakt de dijkbasis breder en geeft daarmee tegendruk aan het dijklichaam. Het dijklichaam wordt daarmee stabieler.
• De binnenberm voorkomt dus dat het dijklichaam zijwaarts uitzakt of wegschuift bij:

- een instabiele en/of slechte ondergrond.

- verweking of bij wateroverspanning waardoor een naar buiten            gerichte druk vanuit het dijklichaam ontstaat. 

• Het indringende water wil vanaf de buitendijkse zijde onder en door de waterkering stromen naar de binnendijkse zijde. De steunberm verlengt de kwelweg zodat de waterstroom meer weerstand ondervindt.
• De steunberm wordt afgedekt met een kleilaag. Het kleidek voorkomt dat het water dat van het talud afstroomt uitspoeling en erosie van de  binnenberm veroorzaakt. Echter, het kleidek is slecht waterdoorlatend waardoor water in de dijk niet direct weg kan stromen. Het gevolg is dat de waterdruk net onder het kleidek kan oplopen.  

Resultaten:

• Geeft stabiliteit aan het dijklichaam
• Minder kwel en wellen door een langere kwelweg
• Opbouw van druk onder de kleilaag
  

Plaats aan de waterkering: 

• Aan de binnenzijde van de waterkering grenzend aan het binnentalud of de steun- of binnenberm enerzijds en het achterland anderzijds;
• De sloot die grenst aan de teen van de dijk wordt teensloot genoemd;
• De sloot op afstand van de teen van de dijk wordt dijksloot genoemd;
• Opmerking: beide sloten maken geen deel uit van de waterkering maar is gelet op de functie een deel van het waterbeheersysteem.

Specifieke functie:

• Het afvoeren van het water dat over de dijk komt of uittredend water uit en onder de dijk vandaan.

- De dijksloot vangt dit water op en voert het af van het dijklichaam naar uiteindelijk een gemaal.

- Met het afvoeren blijft ongewenst water te lang bij de waterkering waardoor mogelijk extra (snel) verweking en verzadiging optreedt.

- Een teensloot is een zwak punt nabij de dijk. De waterstroom (onder de dijk door) treedt in een teensloot vaak als eerste uit. Dit uit zich meestal in al dan niet zandvoerende wellen.

• Perceelscheiding tussen de dijk en het achterland.

- Een sloot in de nabijheid van de dijk is een zwak punt bij het begin van het achterland. Door uittredend water, verweking en vervorming kan de oever worden afgeschoven.

- Bij een sloot dwars op de teen- of dijksloot (een zogenaamde kop-sloot) valt eenzijdig de tegen-druk weg. Het gevolg is dat de oever grenzend aan de dijk zijwaarts de sloot in zakt en afschuift. Dit staat bekend als uitbuiking. 

Resultaat:

• De teensloot en de dijksloot voeren het water uit de waterkering af. Daardoor is de waterspanning in de waterkering beheersbaar;
• De teensloot is een fysieke en een kwetsbare scheidslijn tussen de waterkering enerzijds en het achterland (maaiveld) anderzijds.
• Beide sloten dragen bij aan de stabiliteit van de waterkering.

Dijken van loskorrelig materiaal

In Nederland is een dijk met breukstenen (waterbouwstenen) niet gebruikelijk, maar in buitenland is dit de meest voorkomende manier van dijken bekleden. Tussen de zandkern en het steenpakket wordt een filter van geotextiel aangebracht om de zanderige ondergrond vast te houden. De grootte (diameter) van de stenen hangt samen met de golfhoogte. Voor het aantal stenen, of beter gezegd het gewicht, worden formules gebruikt. Golfbrekers en kribben worden veelal van loskorrelig materiaal opge-trokken. Dan wordt gesproken over stortsteen.

Dijken met blokbekleding

De natuurlijke steensoorten in Nederland zijn vrij zacht en daarmee ingeschikt voor zware golfaanvallen. Daarom is overgestapt op basalt.

Met deze min of meer zeshoekige stenen kunnen compacte en sterke glooiïngscontructies worden gemaakt. De ruimte tussen de blokken moet worden opgevuld met steenslag veelal in combinatie met een bitumen-product. De meeste Nederlandse strandhoofden en de Afsluitdijk zijn van zuilvormig basalt opgetrokken. 

Het werken met dit zogenaamde zesteen is ambachtelijk en zwaar werk. Daar komt nog een bij dat basaltgroeven uitgeput raken. Betonnen blokken zijn op dit moment de gangbare vervanger. Deze blokken zijn gelijk van vorm en hoogte waardoor de betonblokken machinaal gezet kunnen worden. Basalt wordt alleen nog maar gebruikt voor herstel van oude basaltdijken en bij historische bouwwerken.

De stabiliteit van de blokkenbekleding hangt samen met het gewicht per vierkante meter. Zuilvormige blokken genieten daarom de voorkeur, vaak in combinatie met speciale blokken voor kanten en bochten.

Misverstand. Het is een hardnekkig misverstand dat de stenen bekleding door golfslag kan worden beschadigd. Hoge en harde golven drukken de steen namelijk alleen maar vaster op de dijk. Nee, de teruglopende golf veroorzaakt aan de bovenkant van de stenen bekleding een onderdruk. Aan de onderkant van de stenen bekleding, dus in de dijk, heerst de hydrostatische druk. Daardoor kunnen de stenen telkens iets opgetild worden. Op den duur worden de stenen van binnenuit losgewrikt.

Dit effect is maximaal op het punt van de maximale golfterugloop, zeg maar de waterlijn in rusttoestand. 

Dijken met een plaatbekleding

Met het woord ‘plaat’ wordt een aangesloten dijkbekleding bedoeld. Dat kunnen letterlijk platen zijn, maar ook langgerekte stroken die op locatie machinaal worden aangebracht. Er worden drie soorten van plaat-bekleding onderscheiden te weten beton, asfalt en kunststof. 

Betonplaten. Twee soorten worden onderscheiden: gewapend beton en colloïdaal beton. Colloïdaal beton wil zeggen dat aan het beton lijmachtige, taaie hulpstoffen zijn toegevoegd. De dijkplaten krijgen te maken met wisselende krachten op de dijk en in de dijk. Daardoor treden vervormingen op breken de dijkplaten op den duur. Om die reden zijn betonplaten op de een rivier- of zeedijk zijn niet welkom. Bij stabiele oevers zoals bij kanalen kunnen wel betonplaten worden gebruikt.

Asfalt. Asfalt heeft als voordeel de kneedbaarheid en elasticiteit maar als nadeel dat onder invloed van het zonlicht en krachten op de dijk vermoeiïng en dus breuk kan plaatsvinden. Twee soorten asfalt worden onderscheiden. Bij dicht asfalt (waterbouwasfalt) wordt een afsluitende laag aangebracht. Deze laag moet zwaar en dus vrij dik zijn om dat de teruglopende golf een onderdruk veroorzaakt die het asfalt als het ware omhoogtrekt. Het open steenasfalt laat zich vergelijken met het ZOAB in de wegenbouw. Het water kan door het asfalt heen bewegen waarbij steeds drukvereffening plaatsvindt. Dit soort asfalt kan daarom dunner worden uitgevoerd. Het nadeel van open steenasfalt is de beperkte weerstand tegen de schurende werking van water en zand.

Kunststof. Een polyurethaangebonden oeverbekleding bestaat uit mengsel van steen en polyurethaan. Een dergelijk materiaal laat zich vergelijken met colloïdaal beton en open steen asfalt.  Dit materiaal geeft als voordeel de sterkte, de elasticiteit en de waterdoorlaatbaarheid. Daar staat tegenover dat kunststof eenmaal aangebracht nauwelijks de zetting van de dijk volgt met breuk als gevolg.  

Dijken met vegetatie (grasdijken)

Veel Nederlandse dijken zijn groen, de zogenaamde grasdijken. Dat wil zeggen dat de zandkern met de omhullende kleilaag is afgedekt met een laag teelaarde waarop gras en ook kruiden groeien. Het gras voorkomt dat door golfslag sluipenderwijs erosie en dus verzwakking optreedt. Het is van belang dat de grasmat onder alle weersomstandigheden sterk en voldoende flexibel is. Bij de aanleg van nieuwe dijken worden om die reden verschillende grassoorten ingezaaid. Daarbij moet worden gedacht aan de lengte van de wortels, het vermogen om water vast te houden en de weerstand tegen vervorming/beschadiging. Bij zeedijken geldt dat het gras een zekere zouttolerantie moet hebben.