Een wetenschappelijke vinger in de veendijk

‘Schiphol omringd door tijdbommen’ kopte ’s lands grootste nieuwsbrenger vorige maand in zijn zaterdageditie. De aanleiding voor de grote en verontrustende chocoladeletters in de Telegraaf was een interview met prof. Frans Molenkamp van de sectie geotechniek. De prof, die inmiddels bekend staat als nationale dijkdokter, klapte uit de school over de poreuze veendijken die het boezemwater buiten de Haarlemmermeer en vergelijkbare polders houden. Zijn vakgebied, de grondmechanica, is voor het grote publiek een hot topic sinds een dijkdoorbraak het anonieme veendorpje Wilnis tot nieuwsitem maakte.

“Ik was wel een beetje verbaasd toen ik de kop van het artikel zag”, lacht Molenkamp aan tafel in zijn hoofdkwartier, het geotechniekgebouw. “Het is, laat ik zeggen, een beetje een ongenuanceerde samenvatting van ons gesprek en ik had het woord tijdbommen niet in mijn mond genomen. Maar het artikel bracht wel de boodschap over die ik bedoelde, namelijk dat het triest is dat niemand tot nu toe kan voorspellen wanneer, waar en waarom de volgende veendijk doorbreekt, omdat daar helemaal geen bruikbare schattingsmethode voor bestaat. Terwijl we vierduizend kilometer van die dijken hebben.”

Toch is Molenkamps vak het afgelopen jaar inhoudelijk nauwelijks sensationeler geworden. De grondmechanicus doet onderzoek naar hoe grond en bodems zich mechanisch gezien gedragen als de fysische omstandigheden veranderen. Dat klinkt voor niet-techneuten een beetje zoals Wilnis voor de overstroming voor de meeste Nederlanders klonk. Van een beetje publiciteit voor de goede zaak is Molenkamp dan ook niet vies, zo erkent hij met een ironische grijns.

De dikgedrukte inkt op de zaterdagpagina miste zijn effect niet. De provincie Noord-Holland vormde na verschijning van het artikel meteen een werkgroep om over oplossingen na de denken voor het veendijkprobleem. En Molenkamp ontving verschillende brieven. “Ik ga volgende week bij een al lang gepensioneerde man op bezoek die mij aan de hand van het Telegraaf-verhaal een brief stuurde”, vertelt Molenkamp. “Hij was in de jaren veertig van de vorige eeuw werkzaam als hoogheemraad bij het waterschap Rijnland, en vertelde over een dijkdoorbraak bij Zoetermeer in de zomer van 1947. Die zomer was net als vorig jaar erg warm en droog. Die dijk was gerepareerd zonder er in de media aandacht aan te geven, er was alleen een weiland met koeien ondergelopen. Ik ben benieuwd hoe die dijk er nu bijligt, wat er aan te zien is. Zulke plekken zijn een belangrijke meetplaats om te zien hoe de geologische opbouw is van zo’n doorbraakplek.”
Moerasgas

De schade bij een opvolger van de doorbraak in Wilnis kan enorm zijn. Het ruimtegebruik is in de meeste polders dramatisch veranderd. Waar vroeger op vier meter beneden NAP hooguit een paar koeien graasden, staan nu complete Vinex-wijken en blokkendozenparken waar de economie groeiende gehouden wordt. Vierduizend kilometer veendijk beschermt dit bouwgeweld tegen het boezemwater uit poldervaarten en meren. Tot nu toe ontbreken zowel kennis als geld om hiervan een deugdelijke risicoanalyse te maken.

Molenkamp wil het kennisgat dichten dat na Wilnis nog steeds bestaat. Nuchter bekeken weet hij nu evenveel zeker als de gemiddelde journaalkijker. Die weet ook dat Wilnis iets met veen en iets met droogte te maken had. En dat de doorbraak onverwacht was. Meer is ook in de wetenschappelijke wereld niet bekend.

“We denken bijvoorbeeld dat door de droogte het veen in de dijk is gekrompen, waardoor de grond aan weerszijden van de dijk uitrekte, dus ook de bodem van de boezemvaart”, zegt Molenkamp. “Hierdoor ontstond aan beide kanten een soort trekkracht, die een verticale scheur maakte in de grondlaag onder de vaart. Water uit de vaart lekte daardoor naar deze grondlaag van zand, en de veendijken gingen daarop drijven. Door de druk van het water in de vaart schoven ze naar buiten en braken ze.”

Dat is één verklaring, maar er zijn er meer, zo benadrukt Molenkamp. Met een dit voorjaar opgerichte denktank van Delftse en Wageningse wetenschappers wil hij het Wilnismysterie ontrafelen. Na enkele brainstormsessies met deze denktank kwamen genoeg wetenschappelijke vragen naar buiten om vijf jaar zoet mee te zijn.

“We willen in de eerste plaats weten hoe snel de afbraak van een veendijk plaatsvindt, wat daarbij de grootste rol speelt. Bacteriën breken het veenmateriaal af, waardoor de dijk inklinkt. We willen weten hoeveel sneller dat gaat als de temperatuur omhoog gaat. Want hoe hoger de temperatuur wordt – in een warme droge zomer of op termijn door klimaatverandering -, hoe sneller de bacteriën werken.”

De bacterieactiviteit kan worden gemeten aan onder andere de hoeveelheid methaangas die uit de dijk ontsnapt. Dit zogenaamde moerasgas komt bij bepaalde vormen van rotting en vertering vrij. Het verloop van de gasconcentratie is een maat voor hoe actief de bacteriën in de veendijk bezig zijn. Ook zouden bij hogere temperatuur andere bacteriesoorten het stokje kunnen overnemen. In het onderzoek moet duidelijk worden hoe snel dit optreedt en welke bacteriën dat dan zijn.
Veendeuken

De biochemie is werk voor biotechnoloog prof. Mark van Loosdrecht en de Wageningers die in de denktank deelnemen. “Dat is niet mijn terrein, ik wil de mechanische eigenschappen van veen onderzoeken”, zegt Molenkamp. “Van dat materiaal weten we bijna niets, ook al is het overal om ons heen aanwezig. Ik kijk bij een blok veen hoe krimp en uitdroging de treksterkte van het veen beïnvloeden. Welke krachten kan het veen verdragen voordat het scheurt, of voordat een laag begint te schuiven?”

Het blok veen waarop Molenkamp alle krachten en temperatuurschommelingen loslaat wordt naar de grootte van een veendijk vertaald, door de meetresultaten in een mechanisch model te verwerken. Met dit model, dat lijkt op een model dat voor gewapend beton wordt gebruikt, kan op grote schaal het gedrag van het veen voorspeld worden.

Molenkamp wil uiteraard ook de polder intrekken om metingen aan veendijken te doen, bijvoorbeeld door sonderingen en boringen. “Bij een sondering wordt een kleine paal hydraulisch de grond in gedrukt, tot aan de zandlaag op acht tot tien meter beneden NAP”, legt hij uit. “De weerstand die de minipaal ondervindt is een maat voor hoe de dichtheid en sterkte van de dijk verticaal zijn verdeeld. Daarnaast willen we onder andere het vochtgehalte, de temperatuur en de vormverandering van de dijken monitoren.”

Alle gegevens bij elkaar opgeteld en verwerkt leveren het tweede doel van het onderzoek op: een handzaam en nauwkeurig computerprogramma waarmee een waterschap met een paar simpele dijkmetingen kan vaststellen wanneer een dijk op springen staat, omdat het veen zijn beste tijd heeft gehad. Want de dijk is, inderdaad, een ‘sluipmoordenaar’. “Aan de buitenkant van een veendijk is niets te zien, ook al zou hij morgen doorbreken”, zegt Molenkamp. “Niemand had daardoor de overstroming in Wilnis kunnen voorspellen.”

Al dit grondmechanische werk heeft uiteraard zijn prijskaartje. Zo’n vier miljoen euro in totaal en de tragiek in wetenschapsland leren dat hiervoor gebedeld moet worden. Onderzoeksfinancier STW wijst eerst met de vinger naar de meest belanghebbenden, zoals de Unie van Waterschappen, de provincies en Rijkswaterstaat om geld bij te leggen. Daar krabben sommige ambtenaren zich achter hun oren. Want waarom vijf jaar diepgravend onderzoek financieren als er al een ander instituut aan een middentermijnoplossing werkt voor het Wilnisprobleem? Dat is bovendien al over twee jaar klaar.
Rivaliteit

Geodelft, dat op zichtafstand ligt van Molenkamps geotechniekkantoor, is al sinds dit voorjaar bezig met onderzoek naar scheurvorming in veenkades, de invloed van droogte op de sterkte van veen en de waterdruk in veendijken. Deze waterdruk is erg belangrijk voor het waterkerend vermogen van een dijk. Maar ook voor onderzoek naar de mechanische eigenschappen van veen heeft Geodelft een voorstel ontwikkeld, dat in 2005 wordt uitgevoerd. Uitkomsten van het Geodelft-onderzoek geven beheerders ook al een instrument om het risico van dijkdoorbraak in te schatten.

Prof. Frans Barends, die het onderzoek bij Geodelft aanstuurt, zegt dat de ambities van Molenkamp en Geodelft elkaar niet bijten. “Je moet niet denken dat er een soort rivaliteit is”, zegt hij. “Er zit wel overlap in het onderzoek van ons en van Molenkamp. Maar uit ons onderzoek komen weer vragen voort die alleen hij kan beantwoorden. Wij kunnen bijvoorbeeld met onze methode constateren of een dijk risicovol is. Hij zou met zijn precieze methode kunnen zeggen wanneer reparatie nodig is. Of je dijkherstel moet uitstellen is een belangrijke vraag, want het gaat om een operatie van tientallen miljoenen euro’s.”

Volgens Barends verlopen geldaanvragen bij ambtelijke organisaties als waterschappen en de provincie altijd stroef. “Er is vaak weerstand bij mensen die zich afvragen of dat nu allemaal wel nodig is, zoveel geld voor onderzoek”, zegt hij. “Maar je verdient het geïnvesteerde geld dertig keer terug en als je het over de lange periode uitsmeert, kost het onderzoek niet eens veel. Het probleem van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek zoals Molenkamp wil, is dat de geldschieter een duidelijk handzaam eindproduct wil zien. En daar ontbreekt het, denk ik, nog aan.”

Aan Molenkamp de komende tijd de taak om duidelijk te maken wat zijn onderzoek toevoegt. “Veel ingenieurswerk is gebaseerd op enkele uit vuistregeltjes ontwikkelde rekenmodellen, waarmee men het probleem te lijf gaat”, zegt hij. “Ik wil niet alleen wat vuistregeltjes opstellen, maar begrijpen wat er in een veendijk gebeurt en waarom. Het duurt even voordat je die vragen kunt beantwoorden, in ieder geval tot 2010. Maar dan heb je wel een volledig begrip van het probleem. Naast een lapmiddel voor de middentermijn heb je dan voor de lange termijn een totaaloplossing.”

De schade bij een opvolger van de doorbraak in Wilnis kan enorm zijn. Het ruimtegebruik is in de meeste polders dramatisch veranderd. Waar vroeger op vier meter beneden NAP hooguit een paar koeien graasden, staan nu complete Vinex-wijken. (Foto: Hans Stakelbeek/FMAX)

Nuchter bekeken weet dijkenexpert Frans Molenkamp evenveel zeker als de gemiddelde journaalkijker. Die weet ook dat Wilnis iets met veen en iets met droogte te maken had. En dat de doorbraak onverwacht was. Meer is ook in de wetenschappelijke wereld niet bekend. (Foto: Sam Rentmeester/FAMX)

‘Schiphol omringd door tijdbommen’ kopte ’s lands grootste nieuwsbrenger vorige maand in zijn zaterdageditie. De aanleiding voor de grote en verontrustende chocoladeletters in de Telegraaf was een interview met prof. Frans Molenkamp van de sectie geotechniek. De prof, die inmiddels bekend staat als nationale dijkdokter, klapte uit de school over de poreuze veendijken die het boezemwater buiten de Haarlemmermeer en vergelijkbare polders houden. Zijn vakgebied, de grondmechanica, is voor het grote publiek een hot topic sinds een dijkdoorbraak het anonieme veendorpje Wilnis tot nieuwsitem maakte.

“Ik was wel een beetje verbaasd toen ik de kop van het artikel zag”, lacht Molenkamp aan tafel in zijn hoofdkwartier, het geotechniekgebouw. “Het is, laat ik zeggen, een beetje een ongenuanceerde samenvatting van ons gesprek en ik had het woord tijdbommen niet in mijn mond genomen. Maar het artikel bracht wel de boodschap over die ik bedoelde, namelijk dat het triest is dat niemand tot nu toe kan voorspellen wanneer, waar en waarom de volgende veendijk doorbreekt, omdat daar helemaal geen bruikbare schattingsmethode voor bestaat. Terwijl we vierduizend kilometer van die dijken hebben.”

Toch is Molenkamps vak het afgelopen jaar inhoudelijk nauwelijks sensationeler geworden. De grondmechanicus doet onderzoek naar hoe grond en bodems zich mechanisch gezien gedragen als de fysische omstandigheden veranderen. Dat klinkt voor niet-techneuten een beetje zoals Wilnis voor de overstroming voor de meeste Nederlanders klonk. Van een beetje publiciteit voor de goede zaak is Molenkamp dan ook niet vies, zo erkent hij met een ironische grijns.

De dikgedrukte inkt op de zaterdagpagina miste zijn effect niet. De provincie Noord-Holland vormde na verschijning van het artikel meteen een werkgroep om over oplossingen na de denken voor het veendijkprobleem. En Molenkamp ontving verschillende brieven. “Ik ga volgende week bij een al lang gepensioneerde man op bezoek die mij aan de hand van het Telegraaf-verhaal een brief stuurde”, vertelt Molenkamp. “Hij was in de jaren veertig van de vorige eeuw werkzaam als hoogheemraad bij het waterschap Rijnland, en vertelde over een dijkdoorbraak bij Zoetermeer in de zomer van 1947. Die zomer was net als vorig jaar erg warm en droog. Die dijk was gerepareerd zonder er in de media aandacht aan te geven, er was alleen een weiland met koeien ondergelopen. Ik ben benieuwd hoe die dijk er nu bijligt, wat er aan te zien is. Zulke plekken zijn een belangrijke meetplaats om te zien hoe de geologische opbouw is van zo’n doorbraakplek.”
Moerasgas

De schade bij een opvolger van de doorbraak in Wilnis kan enorm zijn. Het ruimtegebruik is in de meeste polders dramatisch veranderd. Waar vroeger op vier meter beneden NAP hooguit een paar koeien graasden, staan nu complete Vinex-wijken en blokkendozenparken waar de economie groeiende gehouden wordt. Vierduizend kilometer veendijk beschermt dit bouwgeweld tegen het boezemwater uit poldervaarten en meren. Tot nu toe ontbreken zowel kennis als geld om hiervan een deugdelijke risicoanalyse te maken.

Molenkamp wil het kennisgat dichten dat na Wilnis nog steeds bestaat. Nuchter bekeken weet hij nu evenveel zeker als de gemiddelde journaalkijker. Die weet ook dat Wilnis iets met veen en iets met droogte te maken had. En dat de doorbraak onverwacht was. Meer is ook in de wetenschappelijke wereld niet bekend.

“We denken bijvoorbeeld dat door de droogte het veen in de dijk is gekrompen, waardoor de grond aan weerszijden van de dijk uitrekte, dus ook de bodem van de boezemvaart”, zegt Molenkamp. “Hierdoor ontstond aan beide kanten een soort trekkracht, die een verticale scheur maakte in de grondlaag onder de vaart. Water uit de vaart lekte daardoor naar deze grondlaag van zand, en de veendijken gingen daarop drijven. Door de druk van het water in de vaart schoven ze naar buiten en braken ze.”

Dat is één verklaring, maar er zijn er meer, zo benadrukt Molenkamp. Met een dit voorjaar opgerichte denktank van Delftse en Wageningse wetenschappers wil hij het Wilnismysterie ontrafelen. Na enkele brainstormsessies met deze denktank kwamen genoeg wetenschappelijke vragen naar buiten om vijf jaar zoet mee te zijn.

“We willen in de eerste plaats weten hoe snel de afbraak van een veendijk plaatsvindt, wat daarbij de grootste rol speelt. Bacteriën breken het veenmateriaal af, waardoor de dijk inklinkt. We willen weten hoeveel sneller dat gaat als de temperatuur omhoog gaat. Want hoe hoger de temperatuur wordt – in een warme droge zomer of op termijn door klimaatverandering -, hoe sneller de bacteriën werken.”

De bacterieactiviteit kan worden gemeten aan onder andere de hoeveelheid methaangas die uit de dijk ontsnapt. Dit zogenaamde moerasgas komt bij bepaalde vormen van rotting en vertering vrij. Het verloop van de gasconcentratie is een maat voor hoe actief de bacteriën in de veendijk bezig zijn. Ook zouden bij hogere temperatuur andere bacteriesoorten het stokje kunnen overnemen. In het onderzoek moet duidelijk worden hoe snel dit optreedt en welke bacteriën dat dan zijn.
Veendeuken

De biochemie is werk voor biotechnoloog prof. Mark van Loosdrecht en de Wageningers die in de denktank deelnemen. “Dat is niet mijn terrein, ik wil de mechanische eigenschappen van veen onderzoeken”, zegt Molenkamp. “Van dat materiaal weten we bijna niets, ook al is het overal om ons heen aanwezig. Ik kijk bij een blok veen hoe krimp en uitdroging de treksterkte van het veen beïnvloeden. Welke krachten kan het veen verdragen voordat het scheurt, of voordat een laag begint te schuiven?”

Het blok veen waarop Molenkamp alle krachten en temperatuurschommelingen loslaat wordt naar de grootte van een veendijk vertaald, door de meetresultaten in een mechanisch model te verwerken. Met dit model, dat lijkt op een model dat voor gewapend beton wordt gebruikt, kan op grote schaal het gedrag van het veen voorspeld worden.

Molenkamp wil uiteraard ook de polder intrekken om metingen aan veendijken te doen, bijvoorbeeld door sonderingen en boringen. “Bij een sondering wordt een kleine paal hydraulisch de grond in gedrukt, tot aan de zandlaag op acht tot tien meter beneden NAP”, legt hij uit. “De weerstand die de minipaal ondervindt is een maat voor hoe de dichtheid en sterkte van de dijk verticaal zijn verdeeld. Daarnaast willen we onder andere het vochtgehalte, de temperatuur en de vormverandering van de dijken monitoren.”

Alle gegevens bij elkaar opgeteld en verwerkt leveren het tweede doel van het onderzoek op: een handzaam en nauwkeurig computerprogramma waarmee een waterschap met een paar simpele dijkmetingen kan vaststellen wanneer een dijk op springen staat, omdat het veen zijn beste tijd heeft gehad. Want de dijk is, inderdaad, een ‘sluipmoordenaar’. “Aan de buitenkant van een veendijk is niets te zien, ook al zou hij morgen doorbreken”, zegt Molenkamp. “Niemand had daardoor de overstroming in Wilnis kunnen voorspellen.”

Al dit grondmechanische werk heeft uiteraard zijn prijskaartje. Zo’n vier miljoen euro in totaal en de tragiek in wetenschapsland leren dat hiervoor gebedeld moet worden. Onderzoeksfinancier STW wijst eerst met de vinger naar de meest belanghebbenden, zoals de Unie van Waterschappen, de provincies en Rijkswaterstaat om geld bij te leggen. Daar krabben sommige ambtenaren zich achter hun oren. Want waarom vijf jaar diepgravend onderzoek financieren als er al een ander instituut aan een middentermijnoplossing werkt voor het Wilnisprobleem? Dat is bovendien al over twee jaar klaar.
Rivaliteit

Geodelft, dat op zichtafstand ligt van Molenkamps geotechniekkantoor, is al sinds dit voorjaar bezig met onderzoek naar scheurvorming in veenkades, de invloed van droogte op de sterkte van veen en de waterdruk in veendijken. Deze waterdruk is erg belangrijk voor het waterkerend vermogen van een dijk. Maar ook voor onderzoek naar de mechanische eigenschappen van veen heeft Geodelft een voorstel ontwikkeld, dat in 2005 wordt uitgevoerd. Uitkomsten van het Geodelft-onderzoek geven beheerders ook al een instrument om het risico van dijkdoorbraak in te schatten.

Prof. Frans Barends, die het onderzoek bij Geodelft aanstuurt, zegt dat de ambities van Molenkamp en Geodelft elkaar niet bijten. “Je moet niet denken dat er een soort rivaliteit is”, zegt hij. “Er zit wel overlap in het onderzoek van ons en van Molenkamp. Maar uit ons onderzoek komen weer vragen voort die alleen hij kan beantwoorden. Wij kunnen bijvoorbeeld met onze methode constateren of een dijk risicovol is. Hij zou met zijn precieze methode kunnen zeggen wanneer reparatie nodig is. Of je dijkherstel moet uitstellen is een belangrijke vraag, want het gaat om een operatie van tientallen miljoenen euro’s.”

Volgens Barends verlopen geldaanvragen bij ambtelijke organisaties als waterschappen en de provincie altijd stroef. “Er is vaak weerstand bij mensen die zich afvragen of dat nu allemaal wel nodig is, zoveel geld voor onderzoek”, zegt hij. “Maar je verdient het geïnvesteerde geld dertig keer terug en als je het over de lange periode uitsmeert, kost het onderzoek niet eens veel. Het probleem van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek zoals Molenkamp wil, is dat de geldschieter een duidelijk handzaam eindproduct wil zien. En daar ontbreekt het, denk ik, nog aan.”

Aan Molenkamp de komende tijd de taak om duidelijk te maken wat zijn onderzoek toevoegt. “Veel ingenieurswerk is gebaseerd op enkele uit vuistregeltjes ontwikkelde rekenmodellen, waarmee men het probleem te lijf gaat”, zegt hij. “Ik wil niet alleen wat vuistregeltjes opstellen, maar begrijpen wat er in een veendijk gebeurt en waarom. Het duurt even voordat je die vragen kunt beantwoorden, in ieder geval tot 2010. Maar dan heb je wel een volledig begrip van het probleem. Naast een lapmiddel voor de middentermijn heb je dan voor de lange termijn een totaaloplossing.”

De schade bij een opvolger van de doorbraak in Wilnis kan enorm zijn. Het ruimtegebruik is in de meeste polders dramatisch veranderd. Waar vroeger op vier meter beneden NAP hooguit een paar koeien graasden, staan nu complete Vinex-wijken. (Foto: Hans Stakelbeek/FMAX)

Nuchter bekeken weet dijkenexpert Frans Molenkamp evenveel zeker als de gemiddelde journaalkijker. Die weet ook dat Wilnis iets met veen en iets met droogte te maken had. En dat de doorbraak onverwacht was. Meer is ook in de wetenschappelijke wereld niet bekend. (Foto: Sam Rentmeester/FAMX)