O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWater b ou wcement 2003 770dr.ir. H.G. Voortman, ARCADIS InfraEen geschikt beschermingsniveauvan een waterkeringssysteem in eenbepaald gebied, wordt in het idealegeval gevonden door de kosten vande bescherming af te wegen tegende verkleining van het risico. Op dezebasis zijn risico-gebaseerde ont-werpmethoden ontwikkeld voorwaterkeringen.In 1958 zijn voor het eerst wette-lijke normen voor de bescher-ming tegen overstroming vastge-steld en opgenomen in een wet,de Deltawet. De normen warenvastgesteld door de Deltacom-missie, in de nasleep van de over-stromingsramp van 1953. Voorhet vaststellen van de norm heeftde commissie gebruikgemaaktvan risicoanalyse en optimalisa-tie.De Deltawet was gericht op hetverbeteren van de beschermingtegen overstroming. In 1996 werdde Deltawet opgevolgd door deWet op de Waterkering, die ge-richt is op de instandhouding vanhet beschermingsniveau. De nor-men uit de Deltawet zijn onge-wijzigd opgenomen in de Wet opde Waterkering.DewijzewaaropdeDeltacommis-sie de normen heeft vastgesteldgold in de jaren `50 als revolutio-nair. De aanpak is op conceptueelniveau ook vandaag nog steedsgeldig. Desondanks bestaat de be-hoefte de methode te actualise-ren.Dekennisoverdebelastingenop en het gedrag van waterke-ringen is sinds de jaren `50 enormtoegenomen. Daarnaast zijn degevolgen van overstroming ern-stiger geworden, omdat de Neder-landse maatschappij is gegroeid.In een vier jaar durend onderzoekis een optimalisatiemethode ont-wikkeld voor waterkeringsystemen(dijkringen). Met deze methodekan voor grootschalige systemenvan waterkeringen het optimaleontwerp worden gemaakt, in hetlicht van investeren in de water-kering en de gevolgen van eenoverstroming. De methode is ge-baseerd op actuele rekenmetho-den voor risico- en betrouwbaar-heidsanalyse.Hetonderzoekwerduitgevoerd aan de TU Delft in hetkader van het Delft Cluster pro-gramma en werd gesteund doorRijkswaterstaat. Dit artikel be-schrijft de ontwikkelde optimali-satiemethode.D e m e t h o d eDe optimalisatiemethode is be-doeld voor het leveren van eenantwoord op een van de volgendetwee vragen:1. Wat is, in aanwezigheid vaneen norm voor de overstro-mingskans, het goedkoopsteontwerp van de waterkering?2 . Wat is een geschikte normvoor de bescherming tegenoverstroming, gezien dekosten van de waterkering ende gevolgen van overstro-ming?Toepassing in relatie tot de eerstevraag wordt de `technische toe-passing' van de methode ge-noemd. Voor een gegeven normwordt een ontwerp gemaakt dataan de norm voldoet.Toepassing in relatie tot de twee-de vraag is analoog aan het werkvan de Deltacommissie in de ja-ren `50. In dit geval wordt de me-thode ingezet om beleidsbesliss-Ontwerpen van dijkringen opbasis van overstromingsrisicoOptimalisatiemethode voor juiste afweging tussen faalkans, kosten en gevolgen1 | Opdeling van een dijkringin componenten en ele-mentengebied met waterkeringwaterkering:dijkringgebieddijkvak 1 dijkvak 2bekleding zeezijdebekleding landzijdezandkernteenconstructiemeer elementenelementen betonconstructiekeermiddelenuitstroomconstructiebedieningmeer elementenprofielmeer elementeninwonertalge?nvesteerd vermogenLNC-waardenmeer eigenschappenkunstwerk 1 duinvak 1 meer vakkenen/of kunstwerkenbeslisniveaus: A: gebiedsniveau B: systeemniveau (dijkringniveau) C: niveau dijkvak of kunstwerkABCO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWater bou wcement 2003 7 71ingen met betrekking tot het be-schermen tegen overstromingente ondersteunen. Dit wordt de `be-leidsmatige toepassing' genoemd.B e s l i s n i v e a u sEen grootschalig systeem van wa-terkeringen (dijkring) is niet alsgeheelteanalyseren.Eenlogischeopdelingvanhetsysteemisnodig,alvorens ontwerpen kunnen wor-den gemaakt en kosten wordenbepaald. Figuur 1 geeft een voor-beeld van een opdeling.In de optimalisatiemethode wor-dendriebeslisniveausonderschei-den(fig.2)diegerelateerdzijnaande opdeling in figuur 1. Het hoog-ste beslisniveau is het gebiedsni-veau. In de technische toepassingvan de methode wordt op ditniveau een norm gesteld aan deoverstromingskans van het ge-bied. Deze norm is taakstellendvoor de dijkring als geheel. In debeleidsmatige toepassing wordtop dit niveau een afweging ge-maakttussendekostenvandewa-terkering en de te bereiken re-ductie van het overstromings-risico. Daarmee wordt een ge-schikte faalkanseis op het hoogsteniveau van de boom bepaald.Hetmiddelstebeslisniveauligtophet niveau van het waterkering-systeem (dijkring) zelf, zonderhet beschermde gebied te be-schouwen. In de technische toe-passing wordt op dit niveau detoegestaneoverstromingskansop-timaal toegedeeld aan onderdelenvanhetsysteem(ziefig.1).Elkon-derdeel (dijkvak, kunstwerk enz.)krijgt een faalkansnorm opge-legd, zodanig dat de dijkring vol-doet aan de gebiedsnorm voor deoverstromingskans.Indebeleids-matige toepassing wordt dezeanalyse uitgevoerd voor een reeksvan waarden van de overstro-mingskans, zodat een beeld ont-staat van de directe kosten van dewaterkering als functie van kansop overstromen van het gebied(die gelijk is aan de faalkans vande dijkring ((fig. 3).Het laagste beslisniveau bevindtzich op het niveau van individu-ele dijkvakken en kunstwerkenin het waterkeringsysteem en dedaartoe behorende elementen. Inde technische toepassing wordtde geometrie van het onderdeelbepaald zodanig dat tegen mini-mumkostenwordtvoldaanaandefaalkansnorm voor het onderdeel.De faalkansnorm is daarbij het re-sultaat van de analyse op het mid-delste beslisniveau.In de beleidsmatige toepassingwordt voor een reeks van faalkan-sen voor het onderdeel de opti-male geometrie bepaald en daar-mee de kosten van het onderdeel.Zo ontstaat een beeld van de kos-ten van het onderdeel, als functievan de gestelde faalkansnorm.Samengevat begint de technischetoepassing bij een op voorhandvastgestelde norm voor de over-stromingskans en eindigt bij eenontwerp van alle onderdelen vande dijkring. De beleidsmatige toe-passing begint met een analysevan de kosten als functie vande faalkans op onderdeelniveau.Deze informatie wordt gebruiktvoor de bepaling van de directekosten van de dijkring als functievan de overstromingskans. Dezefunctie wordt ten slotte op ge-biedsniveau gebruikt voor hetbepalen van de acceptabele over-stromingskans door een afwe-ging tegen de bereikte risicore-ductie.A f s l u i t i n gHet ontwerp van een grootschaligsysteem van waterkeringen wordtdoor een groot aantal factorenbe?nvloed. Het toepassen van debeschreven optimalisatiemetho-de leidt ertoe dat een grote hoe-veelheid zeer gevarieerde infor-matie wordt samengevat in dekentallen `faalkans van de water-kering', `kosten van de waterke-ring' en `gevolgen van overstro-ming'.Dezekentallenwordenon-der meer samengesteld uit:? hydraulische belastingen(waterstanden, golfcondities);? type en prijs van toegepastematerialen;? schade in geval van overstro-ming.Met deze kentallen kunnen be-slissingen over hetzij het ontwerpvan de waterkering, hetzij eennieuwe normstelling optimaalworden ondersteund. De metho-de sluit aan op onderzoek dateerder door de Technische Ad-viescommissie voor de Waterke-ringenisge?nitieerdophetterreinvan risicoanalyse van overstro-mingen. De hydraulische rand-voorwaarden zoals die door hetministerie van Verkeer en Water-staat worden aangeleverd, vor-men een integraal onderdeel vande methode. Ten slotte is het be-groten van de directe kosten vaneen waterkering een essentieelonderdeel.Meer informatie1. Voortman, H.G., Risk-baseddesign of large-scale flooddefence systems. ProefschriftTU Delft, 20022. www.waterbouw.tudelft.nl 2 | Onderlinge samenhangvan de drie beslisniveausgebiedsniveausysteemniveauniveau dijkvakof kunstwerkkosten alsfunctie vanoverstromings-kansenkosten alsfunctie vanfaalkansnormoverstromings-kansfaalkansnormperonderdeelbeleidsmatigetoepassingtechnischetoepassing9,08,07,06,05,04,03,02,01,001,0E-07 1,0E-06 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 overstromingskans dijkring (1/jaar)directekostenwaterkering(miljard)3 | Berekende kosten vaneen nieuwe waterkeringlangs het Groningsegedeelte van deWaddenzee