Waterveiligheid
De aanleg van begroeide vooroevers hebben een positief effect op de waterveiligheid. Het effect op de waterveiligheid bestaat uit (1) de aanleg van een vooroever/voorland en (2) de toepassing van begroeiing/vegetatie.
Effecten van een voorland
Toepassing van voorlanden kan leiden tot een reductie van de hydraulische belastingen op de waterkeringen en/of een toename van de sterkte van de waterkering. Dit komt door verschillende effecten (POV Voorlanden, 2019):
Golfreductie:
Door een hooggelegen voorland worden golven gebroken voordat deze de waterkering bereiken. Bebouwing en/of vegetatie versterken dit effect. Dit is aan het eind van de paragraaf verder uitgewerkt. De golfdemping is in belangrijke mate afhankelijk van de optredende waterdiepte boven de vooroever: naarmate het water hoger staat, is er minder invloed van de bodem op de golven. Als vuistregel komt naar voren dat in elk geval een strook van enkele tientallen meters breed nodig is voor een significante bijdrage (Alterra, 2012). De golfreductie vermindert de kans op verschillende faalmechanismen. De bekleding van kruin en binnentalud wordt minder snel instabiel of geërodeerd door golfoverslag. De bekleding van het buitentalud wordt minder snel instabiel door golfaanval. Dit effect is te berekenen door het activeren van de voorlandmodule in een berekening in Riskeer of Hydra-NL. Minder golfoverslag leidt ook tot een minder verzadigd dijklichaam. Dit verbetert de binnenwaartse micro- en macrostabiliteit. In de grenstoestandsfuncties in het BOI instrumentarium kan daartoe kans op significante golfoverslag worden gereduceerd.
Extra kwelweglengte.
Een voorland vergroot de afstand tussen de dijk en het intredepunt van de kwelstroom. Dit heeft verschillende voordelen. De langere kwelweg vermindert de kans op piping, wat de dijk sterker maakt. De freatische lijn en stijghoogtelijn worden verlaagd als hun intredepunt verder van de dijk ligt. Een lagere freatische lijn en stijghoogtelijn verhogen de korrelspanning in het dijklichaam. Dit versterkt de dijk en vermindert de kans op instabiliteit. In de grenstoestandsfuncties in het BOI instrumentarium kan daartoe de kwelweglengte/intredeweerstand worden gereduceerd. Overigens kan de aanwezigheid van een voorland ook een negatief effect hebben. Dat gebeurt als er sprake is van opbolling van de freatische lijn, als gevolg van neerslag. Dit dient te worden geschematiseerd in de ‘dagelijkse’ omstandigheden bij een berekening met D-Stability software.
Steunbermwerking.
Een hooggelegen voorland werkt als een buitendijkse steunberm. Het stabiliseert de dijk tegen buitenwaarts gerichte glijvlakken. Hierdoor neemt de kans op buitenwaartse instabiliteit af. Ook de buitendijkse stabiliteit wordt berekend met D-Stability.
Steunbermwerking.
Een hooggelegen voorland werkt als een buitendijkse steunberm. Het stabiliseert de dijk tegen buitenwaarts gerichte glijvlakken. Hierdoor neemt de kans op buitenwaartse instabiliteit af. Ook de buitendijkse stabiliteit wordt berekend met D-Stability.
Drempelwerking.
Een hooggelegen voorland vormt een extra barrière tegen overstromingen. Dit is vooral belangrijk bij afschuivingen door macro- en microstabiliteit. Als er een glijvlak aan de binnenzijde van de waterkering ontstaat, voorkomt het voorland een overstroming zolang het niet onder water staat. Zelfs als het voorland in extreme omstandigheden overstroomt, vermindert het nog steeds de kans op een (grote) overstroming. De impact hiervan is lastiger te kwantificeren met het beoordeling instrumentarium.
In Tabel 4.3 is de impact op de waterveiligheid samengevat.
Het Rijk stelt de regels op voor het uitvoeren van de veiligheidsbeoordeling op en stelt leidraden beschikbaar voor het ontwerp en het beheer van primaire keringen. Deze regels zijn beschikbaar in het Beoordelings- en ontwerpinstrumentarium (BOI). Het instrumentarium bestaat uit handleidingen, technische leidraden, software-applicaties en databases. Deze instrumenten worden gebruikt om de overstromingskans van een dijktraject te bepalen.
In de Handleiding Overstromingskansanalyse dijken/dammen (deel 1 – 5)zijn rekenregels terug te vinden om bijvoorbeeld de impact van een voorland (aanpassing dijkprofiel) op verschillende faalmechanismen van dijken of duinen te berekenen. De rekenregels zijn ook verwerkt in de applicaties die onderdeel uitmaken van het BOI (zoals Riskeer), zodat deze gebruikt kunnen worden om de kans van optreden van bepaalde faalmechanismen te berekenen. Het effect van voorlanden op golven kan worden ingeschat met behulp van de voorlandmodule in Riskeer en Hydra-NL.
Effecten van vegetatie
In Vuik et al. (2016) is de invloed van begroeiing op voorlanden in het verminderen van de golfbelasting op de dijk onderzocht. De resultaten tonen aan dat begroeide voorlanden de golfbelasting op kustdijken aanzienlijk verminderen, ook bij grote inundatiedieptes die optreden tijdens stormen en wanneer de vegetatie zich in de wintertoestand bevindt. Het effect van het voorland op de golfbelasting varieert met de verhouding tussen de golfhoogte en waterdiepte op het voorland. De aanwezigheid van vegetatie vergroot het bereik van waterdieptes waarbij een voorland effectief kan worden toegepast voor het verminderen van golfbelastingen, en voorkomt dat er intense golfbreking op het voorland plaatsvindt. Aandachtspunt is wel dat veel soorten rietachtige vegetatie afbreken bij hoge golven. In Vuik et al. (2018) is een methode ontwikkeld om het risico op stengelbreuk in te schatten. In Deltares (2024) zijn metingen uitgevoerd aan de stabiliteit van vegetatie in de Deltagoot.
Om meer inzicht te krijgen in de bijdrage van begroeide vooroevers aan golfdemping onder extreme stormcondities met waterstanden tot 4 meter boven op de kwelder en golfhoogtes tot 2 meter zijn recentelijk begroeide kwelders aan de Friese Waddenkust uitgegraven en in de Deltagoot geplaatst (Deltares, 2024). De initiële resultaten van deze proeven laten zien dat kwelders ook tijdens extreme stormen golven kunnen dempen, al lijkt de demping minder sterk dan onder stormen met lagere waterstanden en golfhoogtes. Daarnaast lijkt de schade die deze stormen toebrengen aan de begroeiing beperkt. De resultaten worden momenteel verder uitgewerkt in praktische richtlijnen.
Tot slot, toepassing van vegetatie, met name wanneer het toegepast wordt in uiterwaarden, kan leiden tot een verhoging van de waterstanden in de stroombaan. Dit kan een negatieve impact hebben op de waterveiligheid van rivierdijken.
In de praktijk
Vooroevers en voorlanden verbeteren de stabiliteit van een dijk en dragen bij aan waterveiligheid door de golfbelasting te dempen. Toevoeging van vegetatie op de vooroevers draagt verder bij aan golfdemping en stabiliteit, terwijl het een reeks van verschillende vegetatiezones creëert die nieuwe habitats en recreatiemogelijkheden ondersteunen. In
Het Rijk stelt de regels op voor het uitvoeren van de veiligheidsbeoordeling op en stelt leidraden beschikbaar voor het ontwerp en het beheer van primaire keringen. Deze regels zijn beschikbaar in het Beoordelings- en ontwerpinstrumentarium (BOI). Het instrumentarium bestaat uit handleidingen, technische leidraden, software-applicaties en databases. Deze instrumenten worden gebruikt om de overstromingskans van een dijktraject te bepalen.
In de Handleiding Overstromingskansanalyse dijken/dammen (deel 1 – 5)zijn rekenregels terug te vinden om bijvoorbeeld de impact van een voorland (aanpassing dijkprofiel) op verschillende faalmechanismen van dijken of duinen te berekenen. De rekenregels zijn ook verwerkt in de applicaties die onderdeel uitmaken van het BOI (zoals Riskeer), zodat deze gebruikt kunnen worden om de kans van optreden van bepaalde faalmechanismen te berekenen. Het effect van voorlanden op golven kan worden ingeschat met behulp van de voorlandmodule in Riskeer en Hydra-NL.
In slibrijke omgevingen vangen vooroevers sediment in en helpen ze bij de bodemvorming, wat aanpassing aan zeespiegelstijging mogelijk maakt. Vooroevers vereisen ruimte en hun aanleg vereist grootschalige grondverzet. Daarnaast moet de aangelegde vooroever passen binnen het lokale hydrologische en morfologische systeem.
Vooroevers in zoetwateromgevingen kunnen bestaan uit zoetwatermoerassen of uiterwaarden. Een ondiepe vooroever of uiterwaard kan op verschillende manieren bijdragen aan de sterkte, stabiliteit en overstromingsbestendigheid van een dijk. Een voorland kan door zijn gewicht de macrostabiliteit van de dijk versterken. Een voorland van klei kan daarnaast de kwelweglengte vergroten en de kans op piping verkleinen. Onder bepaalde omstandigheden kan de kruin van de dijk lager worden ontworpen dan bij een traditioneel ontwerp, dankzij het golfdempende effect van de vooroever of het voorland. De golfdemping zorgt voor minder golfoverslag, welke vaak maatgevend is voor de ontwerphoogte van de kruin. Daarnaast is de golfaanval op het buitentalud lager, waardoor minder zware dijkbekleding volstaat. Dit effect kan worden versterkt door de introductie van vegetatie zoals riet, struiken of bomen. In afwezigheid van een natuurlijke vooroever kan een geleidelijk aflopende vooroever voor de dijk worden aangelegd.
Bij een vloeiende overgang tussen bestaande dijk en aangelegde vooroever wordt soms gesproken over een vooroeverdijk (bijvoorbeeld bij de Markermeerdijken tussen Hoorn en Amsterdam). De belangrijkste kenmerken van de vooroeverdijk zijn de flauwe helling en de verschillende typen vegetatie op deze helling. De vegetaties op de helling van deze dijk kunnen zich verder ontwikkelen en mogelijkheden bieden aan het aangrenzende ecosysteem of voor recreatie. Als het aangrenzende water voldoende sediment bevat dat door de vegetatie kan worden vastgehouden, maakt de combinatie van sedimentopvang en door vegetatie geïnduceerde bodemvorming het mogelijk voor de vooroever om zich aan te passen aan een langzaam stijgend waterniveau (relatieve zeespiegelstijging).
Dijken die grenzen aan zoetwatersystemen zoals rivieren of meren worden meestal gebouwd als relatief steile grondlichamen bestaande uit een zandkern met een kleibekleding en grasmat erbovenop. Verwevenheid van deze dijken met het omringende landschap wordt over het algemeen niet meegenomen in het ontwerp. Afhankelijk van de situatie wordt het gebied rond de waterlijn beschermd door een bekleding van steen- of betonelementen, of door een vegetatiezone, vaak een rietkraag. Deze dijken zijn ontworpen om ontwerpwaterstanden en overloop van lokaal gegenereerde windgolven te weerstaan. Vooral de beperking van overloop kan leiden tot een aanzienlijke extra ontwerphoogte en de noodzaak om het binnentalud te stabiliseren (meestal met een berm). Het toevoegen van een berm vereist vaak veel ruimte en leidt daardoor tot aanzienlijke extra kosten.
Sommige oudere dijken hebben nog steeds een kern van materiaal dat destijds lokaal beschikbaar was, zoals veen of zeewier. Daarnaast voldoen veel oudere dijken niet aan de huidige stabiliteitseisen, omdat ze te steil zijn gebouwd. Verder kunnen dijken in gebieden met een zanderige ondergrond gevoelig zijn voor piping (de vorming van sediment transporterende kwelkanalen), wat de dijk kan ondermijnen (zie bijvoorbeeld IVW, 2011). Om het huidige overstromingsrisiconiveau te handhaven, moeten dijken die niet aan de geldende kwaliteitsnormen voldoen, opnieuw worden ontworpen of moeten andere maatregelen worden genomen. Als er voldoende ruimte beschikbaar is aan de waterzijde, kan de aanleg of het behoud van een ondiepe vooroever een optie zijn om de veiligheid te verhogen.
