DEL077 – 11201702 WOODY: Full scale hydraulic and ecological optimisation of a dike-forest combination

Aanleiding van het project

Op het gebied van waterveiligheid is er steeds meer aandacht voor “nature based” of “Building with Nature” (BwN) oplossingen als alternatief voor of aanvulling op traditionele benaderingen. BwN oplossingen kunnen niet alleen bijdragen aan duurzaamheid en verhoogde omgevingskwaliteit, maar ook een kostenbesparend alternatief zijn voor dijkverhogingen. Zo kan vegetatie in de vorm wilgenbossen in de uiterwaarden langs rivieren of mangrovebossen aan de kust de hydraulische belastingen op achterliggende dijken aanzienlijk verminderen. Potentieel kan dit de kosten voor dijkverhogingen en dijkbekledingen beperken. Echter, op dit moment is er nog een aantal kennishiaten dat de toepassing van vegetatie in ontwerp, beheer en toetsing van waterveiligheid belemmert. Eén van deze hiaten is de effectiviteit van vegetatie in het reduceren van de hydraulische belasting op dijken onder extreme condities. Veldmetingen onder deze omstandigheden zijn vrijwel niet beschikbaar en de meeste schaalmodellen zijn ongeschikt vanwege schaaleffecten.
Echter, recentelijk is met de Deltagoot een mogelijkheid ontstaan om op ware schaal te kunnen testen, een unicum!

Doel van het project

1. Het kwantificeren van effecten van wilgenbossen op de hydraulische condities:
De effecten van wilgenbossen op de hydraulische condities worden in kaart gebracht door verschillende (maatgevende) golfcondities en waterstanden te simuleren. De condities worden zowel voor als achter het wilgenbos gemeten voor verschillende configuraties van de vegetatie (effect van stammen, effect van kruin, hoge dichtheid en lage dichtheid). Het wilgenbos is minstens 40 m lang met daarachter een stenen dijktalud.
2. Het kwantificeren van de invloed van wilgenbossen op hoogwaterveiligheid:
Voor hoogwaterveiligheid is van belang wat uiteindelijk de invloed van de vegetatie is voor de hydraulische belasting op een dijk. Hiertoe worden de golfoploop en –kracht gemeten met een laserscanner en drukopnemers voor de verschillende condities en configuraties van de vegetatie.
3. Het in kaart brengen van faalmechanismen voor wilgenbossen:
Er is onzekerheid over de robuustheid van de vegetatie onder extreme condities. Deze effecten worden onderzocht voor het faalmechanisme ‘breken’ (relevant voor levensduur) door het meten van belastingen op de vegetatie in de proef. Dit gebeurt met versnellingsopnemers bij de takken en drukopnemers bij de stammen. Bovendien wordt regelmatig de biomassa gemeten met een terrestial laser scanner.
4. Het valideren van golfreductie door vegetatie in numerieke modellen
Numerieke modellen, zoals XBeach en SWAN, voor interactie tussen golven, stroming en vegetatie worden gevalideerd aan de hand van de metingen.

Omschrijving van de activiteiten

Het project is opgeknipt in drie fases:
Fase I: Proef
Fase II: Analyse
Fase III: Valorisatie
Voor fase I en II wordt TKI-toeslag ingezet in 2018 (uit grondslag 2016). Voor fase III wordt TKI-toeslag ingezet in 2019 (uit grondslag 2017). De toeslag voor fase III wordt pas toegekend na goedkeuring tijdens een beslismoment in augustus/september 2018.
2018:
– Januari-april: Samenwerkingsovereenkomst opstellen en proeven voorbereiden
– April-juni: Proefopstelling opbouwen
– Juli: Proeven uitvoeren
– Augustus: Proefopstelling afbouwen
– Juli-oktober: Resultaten analyseren
– November-december: Meetrapportage

2019:
– Januari – juni: draft manuscript voor publicatie vakblad
– Januari – juni: Numerieke modellen valideren
– Januari – juni: Uitwerken praktijk case(s) HWBP
– Medio 2019: Publicatie (journal) paper(s)

Verwachte resultaten

Unieke inzichten in de effectiviteit van wilgenbossen onder extreme condities zowel in termen van reductie van de hydraulische condities als de bestendigheid van de vegetatie onder deze omstandigheden. Op basis hiervan kunnen de onzekerheden die hiermee gepaard gaan worden gekwantificeerd en gereduceerd. Met deze inzichten kan de praktische toepasbaarheid van vegetatie als integraal onderdeel van waterveiligheid worden vergroot.
Wat Wanneer (jaar)
Unieke meetdataset om reductie van golfhoogte, stormopzet en golfoploop door wilgen aantoonbaar te maken.
2018 (medio)
Meetrapportage (incl. analyse) 2018 (eind)
Validatiedocument van numerieke modellen die kunnen dienen als beslissingsondersteunende instrumenten 2019 (medio)
Publicatie(s) in vakblad 2019 (medio)

Innovativiteit

Het gebruik van Nature Based Solutions, zoals vegetatie voor dijken, is nog geen “standard practice”. Momenteel wordt de toepassing van waterveiligheidconcepten die gebruik maken van vegetatie en harde keringen belemmerd door kennisleemtes en onzekerheden. Met dit project wordt getracht een grote stap voorwaarts te zetten door een deel van deze kennisleemtes en onzekerheden weg te nemen om de toepasbaarheid van deze innovatieve oplossingen in de praktijk te vergroten.
Door de afwezigheid van metingen van de effectiviteit van vegetatie onder extreme omstandigheden, zijn de huidige state-of-the-art numerieke modellen niet gevalideerd voor dergelijke condities. De meetresultaten van dit project bieden mogelijkheid tot de validatie en verbetering van deze modellen, zodat deze kunnen worden ingezet voor ontwerp en toetsing van de effecten van vegetatie op waterveiligheid.

Valorisatie

De resultaten van dit onderzoek zullen direct toepasbaar zijn om de effectiviteit van houtige Nature Based Flood Defences voor golfbelastingreductie te kwantificeren. Wilgen kunnen representatief zijn voor andere (houtige) vegetatie: star (met stam) of flexibel (met kroon), waardoor de testresultaten wereldwijde toepasbaarheid hebben. Potentiele toepassingsgebieden zijn naast het rivierengebied in Nederland ook aan meren en kusten (te denken valt aan mangrovebossen wereldwijd). Het consortium bestaat uit verschillende partners binnen de Nederlandse waterbouwkunde sector, zodat ontwikkelde kennis en ervaringen gemakkelijk te vertalen zijn naar toepassingen in de praktijk. Betrokkenheid van publieke partijen zorgt ervoor dat de onderzoeksresultaten ook goed kunnen landen in wet- en regelgeving. Inpassing van de resultaten in internationale context is gewaarborgd door de contacten en inspanningen van Dr. Van Wesenbeeck in samenwerking met de Wereldbank en United Nations Development Program om Nature Based Flood Defences klaar te maken voor toepassingen in het veld.

Link naar projectresultaten…