Dijksterkteanalyse Platform Ontwikkeling en verificatie

Dijksterkteanalyse Platform Ontwikkeling en verificatie

Han Knoeff Tom The

© Deltares, 2009

Titel

Dijksterkteanalyse Platform Opdrachtgever

Project

Kenmerk

Pagina's

Flood Control 2015

1200377-000

1200377-000-ZWS-0001

37

Trefwoorden

Dijksterkte, Stabiliteit, Piping, Overslag, Waterkering Samenvatting

Dit document beschrijft de resultaten van de tweede activiteit van het Flood Control 2015 project, de ontwikkeling en verificatie van een real-time dijksterktevoorspellingen platform. Referenties

Versie Datum

Auteur

2009-04-24 Tom The, Han Knoeff

Status

definitief

Paraaf Review

Paraaf Goedkeuring

Raymond van der Meij

Paraaf

1200377-000-ZWS-0001, Versie 1, 22 december 2009, definitief

Inhoud 1 Introductie 1.1 Inleiding 1.2 Doelstelling 1.3 Opbouw

1 1 1 1

2 Beschrijving van de dijksterktevoorspellingen platform 2.1 Analyse dijksterkte 2.1.1 Algemeen 2.1.2 Basisinformatie 2.1.3 Schematisatie 2.1.4 Analyses 2.1.5 Visualisatie 2.2 Module macrostabiliteit 2.2.1 Algemeen 2.2.2 Functionele beschrijving module 2.2.3 Technische beschrijving module 2.3 Piping 2.3.1 Algemeen 2.3.2 Functionele beschrijving module 2.3.3 Technische beschrijving module 2.4 Overslag 2.4.1 Algemeen 2.4.2 Functionele beschrijving module 2.4.3 Technische beschrijving module

2 2 2 3 3 4 4 5 5 5 6 8 8 8 8 9 9 9 10

3 Achtergronden bij ontwikkeling

12

4 Case studies

16

5 Conclusies en aanbevelingen

24

Dijksterkteanalyse Platform

i


1 Introductie 1.1

Inleiding Meenemen van dijksterkte in de operationele hoogwaterbescherming is nog niet mogelijk door het ontbreken van een degelijke methode voor het real-time voorspellen van de dijksterkte. Dit is een belemmering voor de ontwikkeling van systemen waarbij het effect van veranderende randvoorwaarden op de veiligheid tegen overstromen direct dient te worden bepaald. Deze systemen zijn bijvoorbeeld nodig om bij een dreigende calamiteit overzicht van het overstromingsrisico te krijgen of voor de ontwikkeling van DAM, dat tijdens dreigende calamiteiten beslissingen voor het nemen van noodmaatregelen ondersteund. In het Flood Control project 6.5 ‘Operationele dijksterkte voorspelling’ wordt een rekenhart ontwikkeld, dus zonder user interface, voor operationele hoogwaterbescherming. Het project kent de volgende hoofdactiviteiten: 1. maken van een generiek ontwerp voor een real-time dijksterktevoorspellingen platform; 2. ontwikkeling en verificatie van een real-time dijksterktevoorspellingen platform; 3. scan van mogelijkheden om rekensnelheid drastisch te verhogen. Dit document beschrijft de resultaten van de tweede activiteit van het Flood Control 2015 project, de ontwikkeling en verificatie van een real-time dijksterktevoorspellingen platform. Daarbij wordt ook aandacht besteed aan de kwaliteit van de voorspellingen.

1.2

Doelstelling De doelstelling van het project van het Flood Control project 6.5 ‘Operationele dijksterkte voorspelling’ is het ontwikkelen van een methode voor het geautomatiseerd uitvoeren van dijksterkte voorspellingen in een operationele context. De doelstelling van het deelproject ‘Ontwikkeling Dijksterktevoorspellingen platform’ is het ontwikkelen van een softwaretool om van grote dijkstrekkingen de stabiliteit te bepalen ter ondersteuning van het operationeel beheer van waterkeringen.

1.3

Opbouw In het navolgende wordt in hoofdstuk 2 het dijksterkteanalyseplatform globaal beschreven. De kwaliteit van de dijksterktevoorspellingen is afhankelijk van de kwaliteit van invoergegevens en de kwaliteit van het rekenmodel. De kwaliteit van het rekenmodel wordt voor een groot deel bepaald door de manier waarop de software wordt ontwikkeld. In hoofdstuk 3 wordt achtergrond gegeven bij de ontwikkeling van de software. In het vierde hoofdstuk worden de resultaten aan de hand van twee case studies beschreven. Het laatste hoofdstuk bevat de conclusies en aanbevelingen.


Dijksterkt eanalyse Platform


2 Beschrijving van de dijksterktevoorspellingen platform 2.1 2.1.1

Analyse dijksterkte Algemeen Een analyse van de stabiliteit van een waterkering, de dijksterkte is ingewikkeld. Één juiste analyse bestaat niet. Zij is afhankelijk van het doel van de analyse, van de beschikbare informatie en van de deskundigheid van adviseurs. Voor een analyse van de dijksterkte kunnen vier stappen worden onderscheiden. Deze stappen worden altijd, onafhankelijk van het type vraag, doorlopen. De eerste stap is het verzamelen van basisgegevens. Onder basisgegevens wordt de ruwe data uit landmeetkundig-, geohydrologisch- en grondmechanisch onderzoek verstaan. In de tweede stap wordt de data geschematiseerd en klaargezet voor de berekeningen. De schematisatie is sterk afhankelijk van de vraag en de aanwezigheid van basisgegevens. Hoe meer gegevens beschikbaar zijn, hoe nauwkeuriger de schematisatie kan worden opgesteld. In de derde stap worden de berekeningen uitgevoerd. In de laatste stap vindt een analyse van de rekenresultaten plaats waarna deze kan worden gevisualiseerd en gecommuniceerd. Het dijksterkteplatform betreft een platform waarmee automatisch stabiliteitsberekeningen van grote dijkstrekkingen kunnen worden uitgevoerd. Om de werking van het platform te demonstreren zal bij de ontwikkeling ook enige aandacht moeten uitgaan naar de overige drie stappen en met name de schematisatie stap.

Calamiteiten

Toetsen

Beleid

Beheer Analyse / communicatie Berekening

Schematisatie

Basisinformatie

Figuur 2.1

De vier stappen voor analyse van de dijksterkte zijn afhankelijk van de vraag die met de analyse wordt beantwoord




2.1.2

Basisinformatie Voor een analyse van de dijksterkte is naast hydraulische randvoorwaarden (de belasting) ook informatie nodig van de geometrie, (geo)hydrologie en ondergrond. Deze informatie is door waterschappen opgeslagen in verschillende databases. Geometriegegevens staan vaak in IRIS, de database van het Waterschapshuis. Gegevens met betrekking tot de ondergrond zijn opgeslagen in de DINO database of MGeobase. Niet elk waterschap heeft alle gegevens digitaal opgeslagen. Vaak zijn gegevens alleen op papier in archieven beschikbaar. Voor de demonstratie van het dijksterkteplatform worden voor twee cases alle benodigde basisgegevens verzameld in ‘comma separated’ (csv) files. Bij implementatie van het platform in een operationele omgeving dienen stekkers te worden geschreven naar de databases die door de waterschappen worden beheerd.

2.1.3

Schematisatie De informatie uit de ondergrond is altijd onvolledig. Schematisatie van informatie tot representatieve dijken is dus noodzakelijk. Representatieve dijken worden opgesteld voor een bepaalde analyse. Representatieve dijken voor beleidstudies zijn andere dan bij dreigende calamiteiten. Representatieve dijken voor een pipinganalyse zijn andere dan voor een stabiliteitsanalyse. De schematisatie is dus afhankelijk van de vraag en bezwijkmechanisme. Per studie dient daarom een keuze te worden gemaakt voor dwarsprofiel, ondergrond en waterspanningen. Bij elke keuze kan worden gekozen voor een conservatieve, gemiddelde of zelfs optimistische (onveilige!) keuze. De schematisatie is ook afhankelijk van de hoeveelheid beschikbare informatie en vooral van de kwaliteit van de ingenieur. Hoe minder informatie, hoe meer onzekerheid over de informatie en hoe conservatiever vaak de schematisatie. Opgemerkt wordt (1) dat een opeenvolging van erg veilige keuzes tot wel erg sterke (en dus dure!) dijken kan leiden en (2) de invloed van de ingenieur tot heel verschillende resultaten leidt. Voor het dijksterkteplatform vindt de schematisatie op basis van algoritmen plaats. Deze algoritmen worden afgeleid uit ENW leidraden en expert kennis.

schematiseren dwarsprofiel

schematiseren schematiseren ondergrond waterspanningen

1 Figuur 2.2

2

3

Schematisatiekeuzenen het effect op de beoordeling van dijksterkte




2.1.4

Analyses Het dijksterkteplatform voert automatisch analyses voor het bepalen van dijksterkte uit. Het platform wordt generiek opgezet. Dat wil zeggen dat gemakkelijk andere rekenmodules of andere softwareapplicaties op het systeem kunnen worden aangesloten. Bij de ontwikkeling van de eerste versie van het platform wordt rekening gehouden met de volgende rekenmodellen: Macrostabiliteit o Bishop o Bishop met stochastisch ondergrondmodel o Bishop probabilistisch o Bishop probabilistisch met stochastisch ondergrondmodel o LiftVan o LiftVan met stochastisch ondergrondmodel o LiftVan probabilistisch o LiftVan probabilistisch met stochastisch ondergrondmodel Piping o Sellmeijer o Sellmeijer 2 lagenmodel o Sellmeijer met stochastisch ondergrondmodel Overslag o Erosie grasmat volgens CIRIA grafieken In navolgende paragrafen wordt een technische beschrijving van deze modulen gegeven

2.1.5

Visualisatie Communicatie van de analyseresultaten kan op verschillende wijzen plaatsvinden. De resultaten kunnen worden geëxporteerd naar een GIS omgeving, beschreven in een rapportage of gecommuniceerd via een webapplicatie of ander communicatieplatform. Door de modulaire structuur kan voor iedere toepassing de juiste communicatievorm worden gekozen, zelfs voor niet visuele communicatie die onder de motorkap plaats vindt. Voor visualisatie van de resultaten van het dijksterkteplatform wordt in deze studie het FEWS systeem gebruikt.




Visualisatie - Web - FEWS - GIS

Import scenario Calculation macrostability

(water - / safety level) - Manual - FEWS - operational

-

Calculation piping

Bishop LiftVan Bishop prob LiftVan prob

- Bligh - Sellmeijer - Mpiping - DCDAM

Calculation overflow

Measurement advisor

- CIRIA

Dike resistance service

Scenario selection

Geometry adaptor Geometry

Waterspanningen

- characteristic points

- expert - leidraad - gemeten

geometry

Figuur 2.3

Subsoil

Subsoil - 1D - 2D - Stochastic Data service

Dike properties / observations

Water pressure

Architectuur voor het dijksterkteanalyse platform (alleen de dikgedrukte modulen zijn geïmplementeerd)

2.2 2.2.1

Module macrostabiliteit Algemeen De macrostabiliteit module bepaalt de binnenwaartse macrostabiliteit van dijkstrekkingen. Een dijkstrekking bestaat daarbij uit een groot aantal dwarsprofielen. Per dwarsprofiel kan de stabiliteit zowel met een evenwichtsfactor als met een kans op instabiliteit worden weergegeven. Voor de bepaling van de macrostabiliteit wordt gebruik gemaakt van MStab. De module wordt zodanig opgezet dat in de toekomst, indien nodig, ook andere software om de binnenwaartse macrostabiliteit te bepalen, op het dijksterkteplatform kan worden aangesloten. De macrostabiliteit wordt bepaald volgens de richtlijnen die in de technische rapporten, leidraden en voorschriften van de ENW zijn beschreven.

2.2.2

Functionele beschrijving module Voor een gegeven verloop van de waterstand wordt voor één of meerdere locaties door het dijksterkteplatform de binnenwaartse macrostabiliteit in de tijd berekend. De waterstand in de tijd is een invoergegeven voor de rekenmodule. Deze worden aangeleverd door een extern systeem. De rekenresultaten van de module kunnen worden uitgelezen door een extern Dijksterkteanalyse Platform



systeem. Voor het externe systeem wordt bij de ontwikkeling van de dijksterktevoorspellingen platform het FEWS systeem gebruikt. In FEWS wordt op een overzichtskaart de stand van zaken per locatie aangeven (met stoplichtenmodel). Per locatie kan de evenwichtsfactor in de tijd worden weergegeven. 2.2.3

Technische beschrijving module De module bestaat uit de volgende routines: A. Inlezen gegevens B. Bepalen waterspanningen: freatische lijn, stijghoogte waterspanningenverloop over de diepte C. Bepalen opdrijfveiligheid en eventueel aanpassen stijghoogte D. Bepalen stabiliteit

in

zandlagen

en

Ad A Inlezen gegevens De volgende gegevens worden ingelezen: dwarsprofiel met karakteristieke punten ondergrondmodel (bodemopbouw en grondeigenschappen) waterstanden en (geo)hydrologische parameters Ad B Bepalen waterspanningen Waterspanningen kunnen op verschillende manieren worden vastgesteld: 1

Bepalen met vuistregels en eenvoudige vergelijkingen. De onzekerheid rondom deze vuistregels is groot. Bij gebruik van deze regels dient rekening te worden gehouden met een grote onzekerheid. Dit leidt vaak tot conservatieve schematisaties waarbij de dijk helemaal vol met water staat en de stijghoogte in (tussen)zandlagen gelijk is aan het rivierpeil.

2a

Berekenen op basis van een (representatieve) bodemopbouw. De vraag is dan wat die representatieve bodemopbouw is. In werkelijkheid is de opbouw van de ondergrond en de antropogene dijk erg heterogeen en worden waterspanningen bepaald door inhomogeniteiten als zandlagen.

2b

Bepalen op basis van expertkennis. Op basis van ervaringen van adviseurs kun je de waterspanningen ook schematiseren. Ervaringen van adviseurs zijn gebaseerd op berekeningen en metingen

3

Extrapoleren aan de hand van metingen.

Voor de geautomatiseerde berekeningen wordt gebruik gemaakt van optie 2b. De andere opties kunnen in een later stadium worden geïmplementeerd. De freatische lijn in optie 2b is gekoppeld aan karakteristieke geometriepunten. De lijn is afhankelijk van het rivierpeil (RP), het polderpeil (PP) en het maaiveldniveau (MV) van de binnenteen. De expert geeft op basis van ervaringen met geohydrologische berekeningen en lokale metingen een verloop van de freatische lijn.




A B

C

D

E

F

A3 B C D2 E F1,4 Bepaling binnenwaartse stabiliteit RP RP-0,5 RP-1,0 MV-0, 5 MV-0,2 PP Bepaling buitenwaartse stabiliteit RP RP-0,5 RP-1,0 MV-0,5 MV-0,2 PP 1 indien geen teensloot dan geldt peil voor rand schematisatie 2 D en E vervallen indien geen binnenberm aanwezig is. 3 RP bij buitenwaartse stabiliteit is anders dan bij binnenwaartse stabiliteit 4 Indien teen bij buitenwaartse stabiliteit boven waterniveau ligt volgt freatische lijn vanaf de buitenteen het buitendijks maaiveld Tabel 2.1

Voorbeeld ligging freatische lijn

Ter plaatse van de buitenteen is de stijghoogte in zandlagen gelijk aan rivierpeil. Met een dempingfactor wordt de stijghoogte aan de binnenteen uitgerekend. Rekening kan worden gehouden met een indringingslengte. Dit is de verticale afstand in het Holocene pakket waar de invloed van de stijghoogte verandering in het Pleistocene zand merkbaar is. Ter plaats van deze theoretische lijn is de stijghoogte gelijk aan het gemiddelde hoogwaterpeil van de rivier. Ad C Opdrijven Indien opdrijven optreedt, wordt de stijghoogte in het zand zodanig aangepast dat juist geen opdrijven optreedt. Het gebruikte rekenmodel voor de bepaling van de binnenwaartse stabiliteit is afhankelijk van de opdrijffactor. Dit is de verhouding tussen de opwaartse waterdruk vanuit de watervoerende zandlaag en de neerwaartse druk door het gewicht van het slappe lagenpakket. Indien de opdrijffactor kleiner is dan 1,0 wordt de stabiliteit volgens de methode Van (drukstaaf) te bepaald. Bij een opdrijffactor hoger dan 1,2 kan worden volstaan met een Bishop analyse. Ad D Bepalen stabiliteit De laatste routine bestaat uit het daadwerkelijk uitvoeren van de berekeningen. De volgende opties zijn mogelijk: •

Stochastisch ondergrondmodel. Indien geen extra informatie over de lokale bodemopbouw aanwezig is dan kan worden gerekend met een stochastisch ondergrondmodel. Dit model beschrijft de mogelijk aanwezige bodemopbouwen die vanuit de geologie kunnen voorkomen. Bij elke bodemopbouw hoort een bijbehorende kans van voorkomen. Zowel de gemiddelde als de minimale stabiliteit wordt berekend.




2.3 2.3.1

•

Probabilistische rekenmethoden. Naast de deterministische rekenmodellen kunnen ook de probabilistische modellen van MStab door het dijksterkteplatform worden aangestuurd. In combinatie met het stochastisch ondergrondmodel wordt, gegeven de hydraulische randvoorwaarden, een kans op instabiliteit berekend.

•

Genetisch algoritme. Om de rekensnelheid te vergroten wordt gebruik gemaakt van een genetisch algoritme om de minimale stabiliteit te bepalen. Het genetisch algoritme is beschreven in het rapport ‘scan versnelling van stabiliteitsanalyses’.

Module piping Algemeen De piping module bepaalt het risico op piping van dijkstrekkingen. Een dijkstrekking bestaat daarbij uit een groot aantal dwarsprofielen. Per dwarsprofiel wordt het risico op piping weergegeven met een pipingfactor. Dit is de verhouding tussen het kritieke verval en het actuele verval over de waterkering. Het kritieke verval is het verval over de waterkering waarbij volgens de rekenregels bezwijken optreedt. Het kritieke verval wordt bepaald volgens de regel van Bligh of met het programma MPiping. Het programma MPiping gaat uit van de regel van Sellmeijer. De module is zodanig opgezet dat in de toekomst, indien nodig, ook andere software om de weerstand tegen piping te bepalen op het dijksterkteplatform kan worden aangesloten. Het kritieke verval wordt bepaald volgens de richtlijnen die in de technische rapporten, leidraden en voorschriften van de ENW zijn beschreven.

2.3.2

Functionele beschrijving module Voor een gegeven verloop van de waterstand wordt voor één of meerdere locaties door het dijksterkteplatform de pipingfactor in de tijd berekend. De waterstand in de tijd is een invoergegeven voor de rekenmodule. Deze wordt aangeleverd door een extern systeem. De rekenresultaten van de module kunnen worden uitgelezen door een extern systeem. Voor het externe systeem wordt bij de ontwikkeling van de dijksterktevoorspellingen platform het FEWS systeem gebruikt. In FEWS wordt op een overzichtskaart de stand van zaken per locatie aangeven (met stoplichtenmodel). Per locatie kan de pipingfactor in de tijd worden geplot.

2.3.3

Technische beschrijving module De module bestaat uit de volgende routines: A. B. C. D.

Inlezen gegevens Bepalen waterspanningen: freatische lijn en stijghoogte in zandlagen Bepalen opdrijven Bepalen piping

Ad A inlezen gegevens Zie module macrostabiliteit (paragraaf 2.2.3) Ad B Bepalen waterspanningen Zie module macrostabiliteit (paragraaf 2.2.3)




Ad C Bepalen opbarsten Piping kan alleen optreden als opbarsten optreedt. In de derde routine wordt daarom gecontroleerd of gegeven de combinatie van geometrie, bodemopbouw en de berekende stijghoogte in het zand opdrijven optreedt. Opbarstcontrole vindt ter plaatse van alle geomteriepunten aan de polderzijde van de waterkering plaats. Ad D Bepalen piping Indien opdrijven optreedt, dat wil zeggen de opdrijffactor kleiner is dan 1,0, wordt gecontroleerd of het kritieke verval groter is dan het actuele verval. Het actuele verval is het verschil tussen buitenwaterstand en polderpeil. Het kritieke verval kan worden bepaald met de regel van Bligh of met het programma MPiping. 2.4 2.4.1

Module overslag Algemeen De overslag module geeft de mate van erosie van de grasmat aan. 100 % erosie betekent dat de grasmat is verdwenen. 0 % betekent dat de grasbekleding nog niet is aangetast. De module is gebaseerd op de rekenregels uit PC-Ring. Deze rekenregels zijn gebaseerd op de CIRIA grafieken. Op dit moment wordt in het SBW programma hard gewerkt aan het verbeteren van de rekenregels voor erosie van de grasmat. De module wordt zodanig opgezet dat de oude rekenregels makkelijk door eventuele nieuwe kunnen worden vervangen. Erosie van de grasmat is niet het enige bezwijkmechanisme dat wordt geïnitieerd door overslag. Een dijk kan ook bezwijken door verweking (ondiepe afschuiving). Over de rekenregels van deze mechanismen bestaan nog (fundamentele) vragen waardoor deze niet worden gebruikt in studies als VNK. Vooralsnog wordt in de overslag module ook alleen gekeken naar erosie van de grasmat.

2.4.2

Functionele beschrijving module Voor een gegeven verloop van het overslagdebiet wordt voor één of meerdere locaties door het dijksterkteplatform de mate van erosie in de tijd berekend. De waterstand en het overslagdebiet in de tijd zijn een gegeven voor de rekenmodule. Deze worden aangeleverd door een extern systeem. De rekenresultaten van de module kunnen eveneens ingelezen worden in een extern systeem. Voor het externe systeem wordt bij de ontwikkeling van de module het FEWS verstaan. In FEWS wordt op een overzichtskaart de stand van zaken per locatie aangeven (met stoplichtenmodel). Per locatie kan de volgende plot worden gegenereerd.




waterstand [mNAP]

overslagdebiet [l/m/s]

sterkte grasmat [%]

alert warning

tijd

2.4.3

Technische beschrijving module Per tijdstap wordt een gemiddeld overslagdebiet bepaald. De tijdstap is variabel. Bij dit gemiddelde overslagdebiet wordt de kritieke stroomsnelheid met bijbehorende tijdsduur tot bezwijken van de grasmat berekend. De verhouding tussen de grootte van de tijdstap en de tijdsduur tot bezwijken geeft het bezwijkpercentage van de grasmat voor de beschouwde tijdstap weer. Er wordt verondersteld dat de grasmat zich niet herstelt. Er is nog onvoldoende kennis over herstel van grasmatten om dit mechanisme op een goede manier in rekening te brengen1. De bezwijkpercentages per tijdstap kunnen bij elkaar worden opgeteld. In onderstaande figuur is het rekenproces schematisch weergegeven

1

Gedurende het winterseizoen herstelt een grasmat zich helemaal niet. Er wordt verondersteld dat het vier jaar duurt voordat een ingezaaide grasmat op sterkte is.




qn

Bereken voor elke t vc, tc en t/tc uit de volgende formules:

overslagdebiet q [l/m/s]

5

vc 2 k

q

1

125 tan

t

4 3

4

i

tijd vc

0 sterkte Grasmat [%]

tn te qn

fg

3,8 1 0,810 log te

en Bepaal sterkte grasmat in de tijd.

100

tn tijd

Figuur 2.4

Rekenproces erosie grasmat (te = totale duur voor erosie van grasmat, vc= kritieke snelheid overslaand water)

Voor de berekening zijn naast overslagdebiet de volgende invoervariabelen nodig: i

fg

k

helling binnentalud af te leiden uit karakteristieke geometriepunten factor voor kwaliteit van de grasmat variërend van 0,7 voor slecht gras en 0,9 voor matig gras tot 1,4 voor gras van goede kwaliteit. Wordt per dwarsprofiel opgegeven in csv file. ruwheidsfactor grasmat volgens Strickler = 0,015

Indien de reststerkte van de afdekkende kleilaag wordt meegenomen dient te te worden vermenigvuldigd met de factor:

cg d w

0, 4cRK LK ,binnen cg d w

Waarin: dw bewortelingsdiepte van de graszode. Per dwarsprofiel in csv file op te geven en default 0,1 m. cg erosiebestendigheid van de grasmat (af te leiden uit de formule f g=(cg/6.105)2/3 cRK coefficient mbt erosiebestendigheid afdeklaag. Default 23000 ms. LK breedte van afdekkende kleilaag. Op te geven per dwarsprofiel (default 1 m)




3 Achtergronden bij ontwikkeling Bij de ontwikkeling van het dijksterkteanalyse platform is een aantal software ontwikkelings technieken gebruikt die een positief effect zouden moeten hebben op de ontwikkelsnelheid en de kwaliteit van het product. Dat zijn • • 3.1

Scrum Test-driven development

Scrum methode Scrum is een methode voor het agile (flexibel) managen van softwareontwikkeling. Er wordt gewerkt in multidisciplinaire teams die in korte sprints (iteraties) werkende software opleveren. Samenwerking, communicatie en teamspirit zijn hierbij sleutelwoorden. Scrum is een term die afkomstig is uit de rugbysport, hierbij staan de spelers in een grote groep en proberen ze al duwend de bal naar de overkant van het veld te brengen. Er wordt dus niet afgewacht of de vorige fase afgelopen is maar er wordt tegelijkertijd gewerkt. Belangrijke elementen van deze methode, die in de ontwikkeling van het dijksterkteanalyse platform zijn toegepast zijn: • • •

•

Het team werkt in 1 kamer, die volledig voor het team beschikbaar is Elk teamlid werkt voor 100% aan het project Er is een duidelijke product eigenaar (Han Knoeff). De product eigenaar is degene die beslissingen neemt over wat er in het project gerealiseerd gaat worden en welke prioriteiten er gesteld moeten worden. Er wordt gewerkt in sprints. Een sprint is een duidelijk afgebakende tijdsperiode waarna het team een volledig getest stukje software oplevert, dat in een demo getoond wordt aan de buitenwereld.

Meer informatie over de scrummethode staat op http://www.infoq.com/minibooks/scrum-xpfrom-the-trenches. Doel van deze methode is dat de product eigenaar dichter bij de ontwikkelaars komt en daardoor meer invloed heeft op het eindresultaat. Verder is ook aan het eind van een sprint een stuk software beschikbaar dat volledig bruikbaar is. In de dijksterkteanalyse platform scrum zijn de volgende sprints gerealiseerd: Sprint 1: Stabiliteit module Aan de hand van voorbeeld invoerdata MStab projecten kunnen genereren (Bishop, C-phi, genetisch algoritme), laten rekenen en vervolgens de evenwichtsfactoren uitlezen uit de resultaten. Sprint 2: Visualisatie Maken van een Fews configuratie voor de Hoeksche Waard, waterstanden importeren, dijksterkteanalyse platform (Dam) rekenmodule aanroepen en de resultaten op de kaart tonen. Sprint 3: Piping module Implementeren piping en afmaken stabiliteit module (waterspanningen).




Sprint 4: Overslag module Maken van een Fews configuratie voor de IJsselmeer Friesland, voorbereid voor analyse van Stabiliteit, Piping en Overslag. Overslag module ontwikkelen die op basis van invoer uit Fews (overslagdebiet) een analyse doet van de sterkte van de grasmat. 3.2

Test driven Het principe van deze methode is dat de programmeur eerst testen schrijft voordat hij de daadwerkelijke maakt. Deze testen heten unit tests. Het schrijven van deze unit tests wordt dus gedaan voordat begonnen wordt aan het daadwerkelijke programma. De programmeur hanteert in de Test driven development (TDD) de volgende werkwijze: de programmeur maakt één of twee testen, schrijft een stuk programma, maakt een aanvullende testcase, bewerkt het programma tot deze de nieuwe test passeert, ontwerpt weer een nieuwe test, etc. Het voordeel hiervan is dat de programmeur verplicht wordt na te denken over de functionaliteit en de uitzonderingen waar zijn programma rekening mee dient te houden, dus eerst denken over wat het programma moet doen en dan pas hoe het programma zal werken. De tests definiëren als het ware de gevraagde functionaliteit. Belangrijk is dan ook dat elk programma maar net voldoende functionaliteit bevat om de test te laten slagen. Indien alle tests slagen voldoet het programma dus precies aan de eerder gedefinieerde eisen (deze zijn immers gedefinieerd in de geschreven en geslaagde unit tests). Wanneer refactoring (aanpassen van de code) nodig blijkt te zijn dan vormen de al geschreven unit tests een garantie dat wijzigingen geen ongewenste neveneffecten veroorzaken in de werking van het programma. Mocht het nodig zijn om het programma uit te breiden met nieuwe functionaliteit, dan wordt wederom als eerste begonnen met het schrijven van nieuwe unit tests welke de nieuw te schrijven functionaliteit definiëren. Deze nieuwe functionaliteit is pas gerealiseerd als zowel de nieuwe als de oude unit tests allemaal slagen. Als er in een later stadium tijdens een functionele test een 'bug' wordt gevonden, wordt als eerste een unit test, die deze bug aan het licht brengt, geschreven. Een 'bug' is dus eigenlijk geen fout in het programma, wel het ontbreken van de geschikte test.

3.3

Ervaringen De ervaringen die zijn opgedaan met de bovengenoemde ontwikkelmethoden zijn over het algemeen positief te noemen. Voordelen van Scrum zijn: • De product eigenaar heeft echt het gevoel dat hij invloed heeft op de ontwikkeling. • De product eigenaar heeft meer inzicht in het verloop van de ontwikkeling: welke problemen er optreden, de snelheid van ontwikkeling en het uiteindelijke resultaat. • De ontwikkelaars hebben een betere communicatie met elkaar en de product eigenaar.




• • •

De ontwikkelaars hebben meer zicht op het eindproduct dat ze moeten opleveren. Er is een goede focus op het werk. Externe factoren die het proces negatief kunnen beïnvloeden worden snel gesignaleerd en zo veel mogelijk buiten gesloten. Het team (inclusief product eigenaar) heeft echt een team gevoel. Alle leden van het team hebben hetzelfde doel: het opleveren van een goed werkend product. Problemen die optreden zijn de problemen van het team en worden niet afgeschoven op 1 persoon.

Er zijn ook nadelen bij de Scrum methode. Deze hebben vooral betrekking op de organisatie waarin de ontwikkeling wordt gedaan, en niet zozeer op het resultaat. Het betreft: •

•

•

•

De programmeurs moeten voor de periode van een sprint volledig vrijgemaakt worden voor het project. Ze mogen ook geen dingen meer doen buiten het project. Dat is in deze scrum opgelost door de sprints niet achter elkaar uit te voeren, maar tussen de sprints enkele dagen rust te nemen, zodat andere werkzaamheden gedaan kunnen worden. Het plaatsen van alle team leden in 1 kamer vergt organisatorisch voorbereiding. Mensen dienen intern te verhuizen (inclusief PC’s en telefoons). Het werken met flexplekken zou hier een optie kunnen zijn. Als de product eigenaar niet goed voor ogen heeft wat het eindproduct moet worden, dan verliest het team de focus. Dat was overigens in deze scrum geen probleem. Niet alle (deel) projecten zijn groot genoeg om in een sprint uit te voeren. Een sprint duurt minimaal 5 werkdagen, en bestaat uit 5 personen. Dat komt dus neer op 25 werkdagen. Oplossing hiervoor is om meerdere deel projecten samen te voegen tot 1 sprint. Het is wel belangrijk dat er een onderlinge samenhang is tussen die projecten, omdat anders de beoogde synergie niet tot stand komt.

Voordelen van Test-Driven Development zijn: • Kwaliteit van de code wordt beter. • Aanpassingen aan de code worden makkelijker uitgevoerd. Ongewenste neven effecten worden snel gesignaleerd door de unit testen. • Het schrrijven van de testen dwingt de programmeur na te denken over de beoogde functionaliteit. Je kunt geen goede test schrijven als je niet precies weet hoe de code moet werken die je wilt gaan testen. Onduidelijke specificaties komen hierdoor sneller aan het licht. Nadelen van Test-Driven Development kunnen we eigenlijk niet noemen.







4 Case studies In dit hoofdstuk wordt de toepassing van het dijksterkte analyse platform aan de hand van twee case studies beschreven. Het betreft de case Hoekse Waard en de case Friesland. 4.1

Hoekse Waard

4.1.1

Algemeen De case Hoekse Waard is uitgevoerd voor het testen van de modules macrostabiliteit en piping. Voor de Hoekse Waard is gekozen omdat voor dit gebied al geschematiseerde gegevens van 70 profielen van de waterkering aanwezig waren. Omdat geen operationeel waterstandsvoorspellingsmodel voor dit gebied beschikbaar was, is een configuratie voor het gebied gemaakt waarin slechts vier locaties zijn opgenomen. Voor het waterstandsverloop is elke locatie aan hetzelfde meetstation gekoppeld.

4.1.2

Resultaten De configuratie van het systeem bevat de volgende elementen: Analyse: Dwarsprofielen: Waterspanningen: Ondergrond: Rekenmodellen: Rekentechniek:

Macrostabiliteit binnenwaarts, piping 4 Op basis van expert judgement Deterministisch ondergrondmodel Bishop, LiftVan, Bligh Genetisch algoritme (Bishop, LiftVan)

De navolgende figuren bevatten screendumps van de resultaten uit FEWS.




Figuur 4.1

Overzicht Pilotgebied Hoekse Waard met lokaties




Figuur 4.2

Verloop van waterstanden in punt 1

Figuur 4.3

Verloop van waterstand en stabiliteitsfactor in punt 4




Figuur 4.4

Verloop van de waterstand en Pipingfactor in punt 4

We zien in deze plaatjes dat de factoren voor zowel piping als stabiliteit synchroon lopen met de waterstanden. Bij een hogere waterstand wordt een lagere (minder veilige) factor gevonden. 4.1.3

Controle Controles hebben plaatsgevonden op de in- en uitvoer. Indien invoer onvolledig of niet correct is zijn geen analyses uitgevoerd. Steeksproefgewijs zijn de berekeningen handmatig gecontroleerd. Daarbij is geconstateerd dat geen analyses worden uitgevoerd als de buitenwaterstand lager is dan de binnenteen en de schematisering van waterspanningen bij lage buitenwaterstanden niet realistisch wordt geschematiseerd. Dit komt ten eerste doordat de schematisering is gebaseerd op kennis van de freatische lijn bij hoogwatersituaties. Daarbij is de freatische lijn in de dijk lager dan de buitenwaterstand. Onder gemiddelde omstandigheden ligt de freatische lijn vermoedelijk hoger. Ten tweede wordt geen rekening gehouden met de tijdsafhankelijkheid. Vooral in een operationeel systeem is dit wel belangrijk. De freatische lijn in de dijk zal immers niet instantaan de buitenwaterstand volgen.

4.2 4.2.1

Friesland Algemeen De case Friesland is uitgevoerd voor het testen van de module overslag. Omdat de modulen piping en macrostabiliteit al uit de eerste case beschikbaar waren zijn deze modulen ook in de case Friesland gebruikt. Voor het IJsselmeergebied is een operationeel waterstandsvoorspellingsysteem aanwezig waarmee ook golven worden berekend. Dijksterkteanalyse Platform



Gegevens van de waterkering zijn verkregen uit analyses voor de veiligheidstoetsing van de IJsselmeerdijk van het wetterskip Fryslân. 4.2.2

Resultaten Analyse: Dwarsprofielen: Waterspanningen: Ondergrond: Rekenmodellen: Rekentechniek:

Macrostabiliteit binnenwaarts, piping, overslag 20 Op basis van expert judgement Deterministisch ondergrondmodel Bishop, LiftVan, Bligh, CIRIA Genetisch algoritme voor Bishop en LiftVan

De implementatie van de module overslag verliep niet vlekkeloos. Het gebied Friesland was gekozen als pilot project, omdat werd verondersteld dat voor dat gebied de PC-Overslag module volledig in FEWS was geïmplementeerd. Dat was correct, alleen de golfdata, op basis waarvan PC-Overslag de berekening maakt, is nog niet aangesloten op het systeem. Daarom is gewerkt met gesimuleerde golfbestanden. De navolgende figuren bevatten screendumps van de resultaten uit FEWS.

Figuur 4.5

Overzicht pilotgebied Friesland




Figuur 4.6

Verloop waterstand en stabiliteitsfactor bij paal 19.86




Figuur 4.7

Verloop waterstand en pipingfactor bijpaal 13.7

We zien in deze plaatjes dat de factoren voor zowel piping als stabiliteit synchroon lopen met de waterstanden. Bij een hogere waterstand wordt een lagere (minder veilige) factor gevonden. 4.2.3

Controle Controles hebben plaatsgevonden op de in- en uitvoer. Indien invoer onvolledig of niet correct is, zijn geen analyses uitgevoerd. Steeksproefgewijs zijn de berekeningen handmatig gecontroleerd. Daarbij is ook hier geconstateerd dat geen analyses worden uitgevoerd als de buitenwaterstand lager is dan de binnenteen en de schematisering van waterspanningen bij lage buitenwaterstanden niet realistisch is. Daarnaast is bij de bepaling van de binnenwaartse stabiliteit geconstateerd dat de minimale stabiliteit niet altijd de maatgevende glijcirkel betreft.

4.3

Performance Er zijn nog geen uitgebreide performance testen gedaan. Wel is een globale analyse van de performance uitgevoerd. Voor het IJselmeer-Friesland gebied, met 20 punten en 25




tijdstappen in de waterstand tijdserie (dat betekent dus 500 berekeningen per reken module) bestond deze analyse uit de volgende tijdmetingen. • • •

•

Piping Bligh: de rekentijd is voor een berekening van deze orde grootte verwaarloosbaar. We praten hier over enkele seconden voor 500 berekeningen. Overslag: de rekentijd is voor een berekening van deze orde grootte verwaarloosbaar. We praten hier over enkele seconden voor 500 berekeningen. Stabiliteit: de rekentijd voor stabiliteit is wel significant. Op een redelijk snelle testmachine (Dell Laptop Lattitude E6500, Intel Core 2 Duo processor, 4 Gb intern geheugen) duurde de berekening ca. 35 minuten. Dat betekent dus 4,2 sec. per berekening. Hierbij dient wel de kanttekening gemaakt te worden dat voor de stabiliteitsberekening een speciale versie van MStab is gebruikt, waarbij het genetisch algoritme is geïmplementeerd. Deze versie is speciaal voor het dijksterkteanalyse platform (Dam) ontwikkeld. Met de ‘normale’ versie duurt de berekening langer. Piping Sellmeijer: deze is nog niet geïmplementeerd. Uit ervaringen met voorgaande implementaties van dit model wordt verwacht dat ook hier de rekentijden verwaarloosbaar zullen zijn.




5 Conclusies en aanbevelingen 5.1

5.1.1

Conclusies

Ontwikkeling De toegepaste Scrum methode heeft positief bijgedragen aan de snelheid en kwaliteit van de ontwikkeling van het dijksterkteplatform. De directe betrokkenheid van de product eigenaar heeft tot een maximum resultaat binnen het beschikbare budget geleid. Door de verschillende ijkpunten (aan het eind van elke sprint), waarbij een werkbaar product wordt opgeleverd, is het voor de producteigenaar mogelijk de ontwikkeling van het dijksterkte platform bij te sturen door prioriteiten te veranderen. De scrum methode stelt daarnaast het ontwikkel team in staat efficiënt te werken. Enerzijds doordat er een scherpe focus is en anderzijds doordat al tijdens het programmeren feedback van de product eigenaar kan worden gevraagd. De duidelijke omschrijving van het doel van een sprint wordt door het ontwikkel team als zeer prettig ervaren. De methode Test-driven development heeft zeker bijgedragen aan een hoge kwaliteit van het dijksterkte platform. Verder is de flexibiliteit van het dijksterkteplatform door deze methode groter geworden. Het is minder bezwaarlijk om functionaliteit uit te breiden. Door de ingebouwde testen worden neven effecten van wijzigingen snel gedetecteerd en is minder tijd nodig voor het vinden en oplossen van ‘bugs’.

5.1.2

Resultaten Het resultaat van de ontwikkeling van het dijksterkteanalyse platform is tastbaar gemaakt in twee case studies. Als data in het juiste format in ‘comma seperated files’ wordt aangeleverd kan de dijksterkte van grote dijkstrekkingen automatisch met het dijksterkteanalyse platform worden bepaald. Controles hebben plaatsgevonden op de in- en uitvoer. Steeksproefgewijs zijn de berekeningen handmatig gecontroleerd. Daarbij is geconstateerd dat geen analyses worden uitgevoerd als de buitenwaterstand lager is dan de binnenteen en de schematisering van waterspanningen bij lage buitenwaterstanden niet realistisch wordt geschematiseerd. Dit komt ten eerste doordat de schematisering is gebaseerd op kennis van de freatische lijn bij hoogwatersituaties. Daarbij is de freatische lijn in de dijk lager dan de buitenwaterstand. Onder gemiddelde omstandigheden ligt de freatische lijn vermoedelijk hoger. Ten tweede wordt geen rekening gehouden met de tijdsafhankelijkheid. Vooral in een operationeel systeem is dit wel belangrijk. De freatische lijn in de dijk zal immers niet instantaan de buitenwaterstand volgen. Verder is bij de bepaling van de binnenwaartse stabiliteit geconstateerd dat de absloute minimale stabiliteit wordt bepaald. Dit kan een slootinstabiliteit zijn en betreft dus niet altijd de maatgevende glijcirkel.

5.1.3

Performance De performance van de overslag en piping module is voldoende. Analyses van een dwarsprofiel duren een fractie van een seconde. De performance van de macrostabiliteit module voldoet minder. Een analyse van een dwarsprofiel duurt iets meer dan 4 seconden




waar gemiddeld 1 seconde is gewenst. De rekensnelheid is afhankelijk van de snelheid van de processor in de computer. Verwacht wordt dat binnen afzienbare tijd snellere processoren beschikbaar zijn en de vereiste rekensnelheid kan worden gehaald. Indien dit niet het geval is, is door parallellisatie van het rekenproces de vereiste rekensnelheid eenvoudig te realiseren. 5.2

Aanbevelingen Aanbevolen wordt de functionaliteit van het dijksterkteanalyse platform uit te breiden en tegelijkertijd het platform te implementeren voor (operationeel) beheer van waterkeringen en voor onderzoeksdoeleinden. Daarbij wordt gedacht aan implementatie voor: Operationeel beheer bij dreigende calamiteiten. Hiervoor dient het platform ‘operationeel’ te worden gemaakt. Dat wil zeggen dat de dijksterkte op basis van real time metingen of voorspellingen van (grond)waterstanden direct wordt bepaald. Op dit moment worden reeksen met (grond)waterstanden door FEWS geëxporteerd waarna de dijksterkte voor de complete reeks waterstanden wordt uitgerekend en geëxporteerd naar FEWS.2 Op basis van het operationele dijksterkte platform kan een noodmaatregelmodule worden ontwikkeld, die gegeven waterstanden en waterstandvoorspellingen advies kan geven over te nemen noodmaatregelen. Dagelijks beheer van waterkeringen. De dijksterkte analyse platform kan het dagelijks beheer ondersteunen door het ontsluiten van de relevante gegevens en voor het bepalen van keurgrenzen. Keurgrenzen zijn grenzen waarbinnen bouwactiviteiten mogelijk de dijksterkte beïnvloeden. Het dijksterkte platform kan ook worden gebruikt voor automatische dijksterkteanalyses voor toetsingen en beleidstudies. Aanbevolen wordt te onderzoeken welke extra functionaliteit van het dijksterkte platform voor dagelijks beheer nodig zijn. Flood Control 2015. De meerwaarde van veel Flood Control 2015 projecten kan worden gedemonstreed door implementatie van het dijksterkte platsform in deze projecten. Daarbij wordt gedacht aan de projecten ‘Robuust Monitoren’, ‘Pilot Groot Salland’, ‘Onzekerheidsanalyses’ en ‘Flood Control Room’. Hiervoor moet het dijksterkte platform operationeel zijn en kunnen werken met een stochatisch ondergrondmodel en probabilistische rekenmodellen3. Implementatie is afhankelijk van de functionaliteit van het Dijksterkte analyse platform. De volgende – niet uitputtende lijst met - extra functionaliteit leidt tot meer draagvlak voor implementatie: Operationeel systeem. Door het operationaliseren van het systeem is het geschikt voor operationeel beheer en voor onderzoeksprojecten.

2.

In het kader van het Flood Control project Robuust monitoren, en pilot Groot Salland is de dijk analyse module reeds geoperationaliseert. Dit is in bijlage 2 beschreven

3.

Deze aanbeveling is al in 2009 overgenomen. In het kader van genoemde projecten is de dijkanalyse module uitgebreid. Deze staan in bijlage 2




Stochastisch ondergrondmodel en Probabilistische rekenmodellen. Deze functionaliteit geeft inzicht in de onzekerheden van dijksterktevoorspellingen. Deze kunnen worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden en advies bij dreigende calamiteiten. 2 dimensionale ondergrond schematisatie. Geavanceerde stabiliteitsanalyses gaan vaak uit van een 2 dimensionale bodemopbouw. Andere mechanismen. De stabiliteit van een waterkering wordt bepaald door meer dan 10 mogelijke bezwijkmechanismen. Binnenwaartse macro stabiliteit en piping zijn de belangrijkste bezwijkmechanismen. Dat wil niet zeggen dat andere mechanismen onbelangrijk zijn. Vooral bij zee- en meerdijken speelt de stabiliteit van de buitenbekleding een rol. Handvatten voor eenvoudige implementatie zoals koppeling met standaard databases (bijvoorbeeld IRIS) en tools om bestaande stabiliteitsanalyses geschikt te maken voor het dijksterkte analyse platform Waarnemingen en historische gegevens. Een module die de dijksterkte niet alleen baseert op resultaten uit rekenmodellen maar ook gebruik maakt van waarnemingen en historische gegevens kan de betrouwbaarheid van de voorspellingen van het dijksterkte platform vergroten.




Bijlage 1

Testen

Het dijksterkteanalyse platform is ontwikkeld m.b.v. Test-Driven Development. Hieronder zijn schermafdrukken te zien van de ontwikkelomgevingen met de gebruikte testen.







Bijlage 2 2.1.

Toepassingen binnen Flood Control projecten

Inleiding

Het dijksterkteplatform is ingezet om diverse Flood Control projecten in de demonstrator room te presenteren. Het betreft de projecten: -

Robuust Monitoren IJkdijk Demonstrator room SUCCES

De koppeling met de verschillende projecten kan worden bereikt door: Het operationaliseren van DAM Het configureren van een systeem voor IJkdijk en Livedijk Het maken van een koppeling met de probabilistische modellen van MStab Het maken van demo voor de Demonstrator room van de case Friesland In deze bijlage wordt ingegaan op het operationaliseren van DAM en de achtergronden van de werkzaamheden die in het kader van het project Robuust monitoren voor een DAM module van de piping experimenten die in de IJkdijk faciliteit zijn uitgevoerd.

2.2.

Operationaliseren van DAM

Onder een operationeel systeem wordt verstaan een systeem dat automatisch reageert op nieuwe informatie. Op het moment dat voorspellingen of metingen van waterspanningen en / of waterstanden beschikbaar komen vindt een berekening van de stabiliteit en / of weerstand tegen piping plaats. Resultaten van de berekening worden direct weergegeven. SUCCES wil in 2010 een operationeel systeem voor Groot Salland implementeren. Vooruitlopend op de implementatie is in 2009 een operationele rekenmodule aan het dijksterkteanalyse platform worden toegevoegd. Het operationeel systeem is gedemonstreerd door de werkende demo van de case Livedijk en een werkend operationeel systeem waarmee de weerstand tegen piping in het IJkdijk experiment kan worden gemonitoord.

2.3.

IJkdijk 2.3.1.

Algemeen

Half september vindt het eerste IJkdijk-Piping experiment plaats. Hier worden onder andere op een 120 locaties waterspanningen gemeten. In een FEWS omgeving moeten de metingen




online zichtbaar zijn. De volgende informatie moet per locatie waar waterspanningen worden gemeten beschikbaar zijn: -

Waterspanningen in de tijd Vertaling van waterspanningen naar gegevens over de pipe (is de pipe het punt gepasseerd) Voorspelling van de lengte van de pipe (is de pipe volgens berekening het punt gepasseerd)

In FEWS is een overzichtstekening van de IJkdijklocatie weergegeven. De waterspanningsmeters zijn hierop met stippen aangegeven. Na selectie van één of meerdere punten wordt voor de geselecteerde punten het verloop van de waterspanning in de tijd weergegeven. Met groene en rode vlaggetjes wordt aangegeven of een pipe ter plaatse wordt gemeten en of voorspeld. Per raai4 wordt inzicht gegeven in de lengte van de pipe en het verloop van de waterspanningen over de raai.

2.3.2.

Pipelengte op basis van waterspanningsmetingen

Op basis van waterspanningen kan niet direct worden aangegeven in welke fase het pipingproces zich bevindt. Een interpretatie van de metingen is noodzakelijk. Deze interpretatie wordt in het navolgende beschreven. De interpretatie is geprogrameerd als aparte rekenmodule in het dijksterkte platform. Het verloop van de stijghoogte onder een piping gevoelige dijk is bekend van theoretische berekeningen. Voor een standaarddijk met een niet overdreven dikke zandlaag ten opzichte van de dijkbreedte bestaat het verloop uit de volgende delen. In het erosie kanaal is het verhang vlak met een geringe oploop. In het bovenstroomse traject is het verhang vlak met een geringe afloop. Op de overgang is de aansluiting scherp. Dit verloop is schematisch getoond in Fig. 1 . De groene lijn vertoont het hierboven beschreven gedrag. De rode lijn is de raaklijn in de beide uiteinden, verbonden met een lijn op de sprong hiertussen. We zien dus een rechtlijnig schema met een knik en een sprong. Deze kunnen worden samengesteld tot de volgende relatie (een overzicht van de notatie is aan het eind van deze bijlage toegevoegd):

2

U e

L e

L

U e

L e

0

L

U e

L e

0

e L

e

e

0

e L

e

e

U e

L e

U

e

0

Hierin is U een stapfunctie met waarde -1 voor het gebied < e en +1 voor het gebied > e . Er kan eenvoudig gecontroleerd worden dat de hellingen kloppen met die aangegeven in Fig. 1 . Daarnaast blijken ook beide uitersten te kloppen.

4

Een raai is gedefinieerd als een reeks watersapnningsmeters over de breedte (van bovenstrooms naar benedenstrooms) van de dijk




Fig. 1: Schematisch verloop stijghoogte langs onderkant dijk

De gepresenteerde uitdrukking geldt voor de schematisatie, de rode lijn in Fig. 1 . De groene lijn kan verkregen worden door de stapfunctie bij de sprong iets geleidelijker te laten verlopen. Arbitrair wordt de volgende relatie voorgesteld:

2 tanh U

e

tanh

L

e

tanh

0

e

e

tanh

L

e

tanh

0

e

Merk op dat een eventueel minteken buiten de macht om bewaard moet worden. In feite is een betere notatie: ( - e) abs( - e)1- . De macht bepaalt hoe scherp de overgang regelt hoe dicht het verloop de raaklijnen blijft (voorheen sprong) wordt. De schaalfactor volgen. Op de randen worden de waarden ±1 weer bereikt. 2.3.3.

Theoretische voorspelling pipelengte

In het voorgaande is de lengte van het erosiekanaal afgeschat aan de hand van voldoende stijghoogte metingen onder de dijk. Echter, er is ook een direct theoretisch verband beschikbaar tussen deze lengte en het corresponderende verval. Immers, op deze volledige curve is de bepaling van het kritieke verval gebaseerd.




Fig. 2: Geometrie factoren voor een standaarddijk In het kader van DCDAM zijn hier berekeningen voor uitgevoerd. Het resultaat hiervan is verwerkt in een neuraal netwerk. In Fig. 2 is het verloop van de geometrie factoren als functie van de genormaliseerde laagdikte getoond voor een standaarddijk. De rode lijn is de factor voor het kritieke verval. De blauwe en groene gelden voor een ontwikkelde erosielengte van 0,100 /L en 0,125 /L respectievelijk. Dit houdt in dat, als er voldoende aanvullende gegevens zijn, er een direct verband is tussen de erosielengte en het verval. Natuurlijk kan een netwerk aangemaakt worden voor elke waarde van /L . Dat is veel werk. Maar misschien kunnen de huidige twee lengten gebruikt worden als karakteristieken voor een algemeen geldende relatie. Hierbij wordt gedacht aan een relatie met het karakter van een macht. Deze ligt vast via twee bekende puntenparen. In formulevorm:

ln ln

/ 2 /

1 1

ln FG / FG1 ln FG 2 / FG1

of

/

1

F / FG1

ln 2 / 1 ln FG 2 / FG 1

Aldus kan er een voorspelling gemaakt worden voor elke erosielengte die correspondeert met een opgegeven geometriefactor, mits deze voor twee punten is bepaald. Voor DCDAM is dit gedaan. Deze combinaties zijn:

genormaliseerde erosielengte geometriefactor FG

/L

punt 1 0,100 1,14

punt 2 0,125 1,19

In de figuur kunnen deze waarden worden teruggevonden voor D / L = 0,2 .




Nu is een geometriefactor alleen maar een rekenwaarde. Het is een geschaald en genormaliseerd verval. Het echte verval wordt ingesteld. Daarom is de volgende relatie zinvoller:

/

1 H FR FS FG1 L

1

ln 2 / 1 ln FG 2 / FG 1

met

FR

p

3

W w

tan

FS

d 70 3 L

Merk op dat het product van de 3 factoren in de eerste breuk het verhang in het eerste punt voorstelt. Voor de configuratie in het IJkdijkexperiment betekent dit voor proef 1 (d70 = 180 m, L=15 m, k=1,4e-4 m/s):

1.5 0, 66H

5,2

Voor proef 2 (d70 = 260 m, L=15 m, k=1,1e-4 m/s) geldt:

1.5 0, 42H

5,2

2.3.4.

Analyse IJkdijkproeven

De Dam module is gebruikt voor de analyse van de ijkdijkproeven.

2.4.

FR FS FG H L

Notatie

[-] [-] [-] [m] [m]

d70 [m] [m]

p w

w

[-] [-] [N/m3] [N/m3] [m] [-] [DEG]

: : : : :

weerstandsfactor schaalfactor geometriefactor stijghoogte breedte dijkbodem

: korreldiameter : lengte erosiekanaal : : : : : : :

overgangsmacht verloopfactor soortelijk gewicht korrels soortelijk gewicht of water genormaliseerde stijghoogte constante van White rolhoek




[m2] [m]

: intrinsieke doorlatendheid : genormaliseerde afstand langs dijkbodem

superscript: U L

bovenzijde onderzijde

subscript:

e

benedenstrooms calibratiepunt 1 calibratiepunt 2 erosie einde

L

bovenstrooms

0 1 2



Dijksterkteanalyse Platform Ontwikkeling en verificatie

Recommend Documents