Stroom- en golfmonitoring ondersteunt een natuurlijke oplossing voor de Nederlandse Houtribdijk

Hoe kunnen golven, stroming en kunstmatige zandbanken in een zoetwatersysteem zonder getijdewerking dijken beter beschermen?

Die belangrijke vraag heeft Nortek samen met de Nederlandse overheid en onderzoeksinstellingen geprobeerd te beantwoorden bij het onderhoud van de Houtribdijk in het IJsselmeer. Nortek leverde voor dit unieke Bouwen met natuur-project de stroomprofileringsinstrumenten en installeerde het data- en telemetriesysteem.

De Houtribdijk, eigenlijk een dam, scheidt het IJsselmeer en het Markermeer van elkaar. Ooit bedoeld als noordelijke afbakening van een inpolderplan van ir. Cornelis Lely, beschermt de 25-kilometer lange waterkering Nederland tegen de gevolgen van extreem weer en opstuwend water.

In 2018, na 42 jaar door storm en regen te zijn geteisterd, achtte de rijksoverheid de tijd rijp voor groot onderhoud aan de Houtribdijk. Er werd gekozen voor verbreding en versterking met brede zandige oevers en 1.2 miljoen ton breuksteen, als onderdeel van het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP). Rijkswaterstaat koos hiermee voor het pad van de vernieuwing.

Natuurlijk water keren

Voor een veilig IJsselmeergebied koos Rijkswaterstaat voor Bouwen met de Natuur: een op de natuur gebaseerde oplossing. Aan weerszijden van de Houtribdijk werden hiertoe twee 140 meter brede kunstmatige stranden ontwikkeld. De glooiende contouren van deze stranden moesten niet alleen beschermen tegen golven en de elementen, maar ook een waardevolle habitat voor kustflora en -fauna creëren. Bovendien vormden de stranden een nieuw recreatiegebied.

Om het strandgebied te realiseren werd in de periode 2017-2022 rond de dijk zo’n 10 miljoen m³ zand worden gestort. Dit komt overeen met de hoeveelheid zand die wordt gebruikt om de gehele Nederlandse kust jaarlijks tegen erosie te beschermen. Met de versterking zou de dijk bestand moeten zijn tegen weersextremen die slechts eens in de 10.000 jaar voorkomen.

Zoetwater zonder getij

Het Houtribdijkproject is uniek als de meanderende dijk zelf. Voor het eerst in de geschiedenis is een wapening op zandbasis toegepast in zoetwateromstandigheden zonder getijwerking; een wereldprimeur.

Specialisten van het kennisconsortium EcoShape onderzochten het gedrag van zand in een speciaal proefgebied voor het onderhoudsproject begon. De resultaten van hun tests zijn gebruikt voor technieken om de toepassing op ware grootte te realiseren.

Henk Meuldijk, projectmanager Reinforcement bij Rijkswaterstaat: “Het is heel goed dat er een aantal jaren op de pilot-locatie is gemeten. We zien dat de vorm van de zandmassa na twee jaar relatief stabiel is. Deze kennis hebben we gebruikt voor de aanleg van de wapening en voor ons beheer- en onderhoudsplan”.

De gegevens en ervaringen die uit het onderzoeks- en monitoringsprogramma voor de Houtribdijk voortvloeien worden in de toekomst mogelijk ook elders toegepast. Rijkswaterstaat onderzoekt hoe de zandoevers zich ontwikkelen, in samenwerking met de TU Delft.

“De kennis die we hier opdoen, komt in Nederland en daarbuiten heel goed van pas”, zegt Meuldijk.

Video: Bekijk in deze video hoe het dynamische gedrag van het zand in de Houtribdijkversterking wordt gemonitord (Engels).

On-site ADCP-monitoring bewijst zijn waarde

De wisselende natuurinvloeden en de complexiteit van de onderlinge feedback van onderzoekers maakten het modelleren van data een uitdaging. Als het zand op testdelen van het strand begon te verschuiven of als er gaten verschenen, dan moesten de onderzoekers precies weten welke krachten er in het spel waren.

Gedetailleerde monitoring van de interactie tussen het water en het zand was essentieel om er voor te zorgen dat de verdedigingswerken geschikt waren voor hun doel. Het is waar de expertise van Nortek op het gebied van stroomprofilering en golfmeting van pas kwam.

“Bij traditionele kustverdedigingswerken heb je alleen te maken met fysieke problemen, zoals stroming, golven en roestverwering. Maar met deze op de natuur gebaseerde oplossingen heb je meer monitoring nodig. Omdat de resultaten veel moeilijker zijn te voorspellen en je rekening moet houden met ecologische elementen, zoals flora en fauna”, zegt Sicco Kamminga, managing director bij de dochteronderneming van Nortek Nederlands BV.

Stroommeters en stromingprofilers voor nauwkeurige monitoring

Nortek leverde Vector-stroommeters en Aquadopp-stroomprofilers, waarbij de laatste in hoge resolutie-modus werken voor nauwkeurigere metingen.

“Nortek werd geselecteerd door middel van een openbare aanbestedingsprocedure door de Nederlandse autoriteiten en werd uiteindelijk gekozen omdat het bedrijf de beste kwaliteit bood tegen een acceptabele prijs. Nortek suggereerde verschillende, aanvullende elementen aan de totale opzet toe te voegen die leidden tot een robuuster en betrouwbaarder monitoringsysteem”, zegt Rinse Wilmink, projectmanager en adviseur kustwaterveiligheid en morfologie bij Rijkswaterstaat.

Nauwkeurigheid was natuurlijk van vitaal belang, maar tegelijkertijd moest het energieverbruik laag zijn, aangezien de instrument-arrays op kleine platforms in ondiep water waren gemonteerd, alleen aangedreven door kleine zonnepanelen.

“Een laag energieverbruik was een belangrijke vereiste en onze instrumenten verbruiken zeer weinig stroom, zelfs bij continu gebruik”, zegt Rikke van der Grinten, Sales Engineer bij Nortek.

Nortek werd ook gevraagd om het telemetriesysteem te ontwerpen voor gegevensoverdracht van de instrumenten. Het was een uitdaging om op betrouwbare wijze tot 1 GB aan gegevens per dag over te dragen en te presenteren, zowel technologisch als qua beschikbare tijd.

Rijkswaterstaat verlangde van Nortek dat er in het Houtribdijkproject werd gewerkt met diverse instrumenten van meerdere fabrikanten. Alle instrumenten moesten in één functionerend systeem worden geïntegreerd. Dat was een complexe taak. Een die nog uitdagender werd toen duidelijk werd dat de ingenieurs van Nortek de klus in slechts twee maanden moesten klaren, inclusief de kerst van 2018.

“Het was een grote uitdaging om een ​​project van deze complexiteit in zo’n korte tijdspanne uit te voeren, maar twee maanden nadat we het werk hadden aangenomen, werkten de systemen”, zegt van der Grinten.

Nortek ADCPs voor efficiënt dijkonderhoud

Het monitoringsprogramma is van onschatbare waarde gebleken. De gedetailleerde gegevens tonen de projectpartners hoe de dijk efficiënter kan worden onderhouden en in hoeverre zandbanken de komende jaren moeten worden onderhouden. De dijkversterkingen – een mengsel van zandbanken, steen en asfalt – zijn afgerond in juni 2020.