Om in letterlijke en figuurlijke zin beter in beeld te krijgen waar zandmeevoerende wellen ontstaan, willen STOWA en Rijkswaterstaat vaker gaan experimenteren met het maken van thermografische luchtfoto’s. Door vanuit een vliegtuig gelijktijdig infraroodopnamen en luchtfoto’s te maken kan binnen korte tijd een gebiedsdekkend beeld worden verkregen, vertellen Oscar van Dam, programmamanager waterveiligheid bij STOWA, en Nelle Jan van Veen, zelfstandig adviseur waterveiligheid en betrokken bij de analyse van de beelden.
Wanneer hoogwater tegen een dijk aan drukt, kan het gebeuren dat kwelwater binnendijks, in sloten of op het maaiveld, op een zwakke plek in de bodem opwelt: een wel. Door het stromende water kan ook zand uit de ondergrond worden meegevoerd, waardoor een onderdijks tunneltje (pipe) kan ontstaan. Als hierdoor heel veel zand uitspoelt kan een dijk in het ergste geval inzakken of afschuiven.
Oscar van DamVoor veel dijken die worden afgekeurd is piping het veroorzakende faalmechanisme, legt Van Dam uit. “En door klimaatverandering kunnen we vaker met hoogwater te maken gaan krijgen door piekbuien, zoals die in Limburg in 2021. Het is daarom belangrijk dat we beter gaan begrijpen onder welke condities wellen ontstaan. Snap ik waar wellen optreden, en snap ik waar ze niet optreden? En wanneer wordt een wel een zandmeevoerende wel? Kunnen we bepaalde patronen vinden waar we bij een volgende dijkversterking iets mee moeten? Het antwoord op die vragen kan ons helpen om veiligere dijken te ontwerpen. En uiteindelijk kan een beter begrip ook tot kostenbesparing leiden.”
Drones en vliegtuigjes
Bij de opsporing van wellen kan gebruik worden gemaakt van het gegeven dat welwater een andere temperatuur dan zijn omgeving heeft. Het kan warmer óf kouder zijn. Al enige jaren gebruiken dijkinspecteurs daarom drones uitgerust met infraroodcamera’s om wellen op te sporen tijdens hoogwatersituaties. “Daarbij vliegt de drone vanaf de dijk pakweg 200 meter het achterland in, omdat je binnen die reikwijdte wellen kan aantreffen. Dat is in Nederland althans het geval. In andere landen, met grotere riviersystemen, wordt ook verder gekeken”, aldus Van Dam.
Doel van deze inspecties is om pas ontstane zandmeevoerende wellen zo snel mogelijk ‘op te kisten’ om te voorkomen dat ze verergeren. Hierbij wordt doorgaans een ring van zandzakken om de wel heen gelegd om tegendruk uit te oefenen en de stroomsnelheid van de opwellende grondwaterstroom te verlagen in afwachting van een definitiever oplossing.
Voorspellers van wellen
De hoge resolutie van dronebeelden is geschikt voor het opsporen van de kleinste welletjes. Een vliegtuig kan binnen kortere tijd een veel groter gebied in kaart brengen: voor grootschaliger en systematisch onderzoek, en om ná een hoogwatersituatie te onderzoeken of er bij een inspectie eventueel nog wellen over het hoofd zijn gezien. Daarmee zouden ‘wellenvluchten’ ook de kwaliteit van drone-inspecties kunnen verbeteren, licht Van Dam toe. “Als we bovendien beter gaan begrijpen wat goede voorspellers van wellen zijn, kunnen we ervoor zorgen dat een dijkinspecteur bij hoogwater weet waar hij als eerste moet gaan kijken.”
In Nederland vormen wellen vooral in het bovenrivierengebied een probleem. Voor de eerste vluchten om deze nieuwe methode te beproeven kozen STOWA en Rijkswaterstaat, wie hierin samen optrekken, dan ook een stukje langs de IJssel (van Zutphen tot Arnhem en van Arnhem tot de Pannerdense Kop) en een stukje langs de Waal (van Spijk tot Oosterhout). Tijdens het hoogwater rond de jaarwisseling van 2023-‘24, toen bij Lobith een maximale waterstand van 14.4 meter boven NAP werd gemeten, lieten de partijen een vliegtuigje over deze gebieden vliegen om thermografische luchtfoto’s te maken.
Zigzaggen om alles erop te krijgen
Nelle Jan van VeenNog niet zo lang geleden moesten zulke luchtfoto’s handmatig aan elkaar geplakt worden om een GIS-kaart te maken waar je doorheen kan scrollen, vertelt Van Veen. “Sinds een jaar of vijf geleden is dit proces geautomatiseerd en sterk verbeterd. Dat heeft er mede aan bijgedragen dat je met deze methode tegen een relatief schappelijke prijs veel data kan inwinnen over een groot gebied.”
“In twee dagen tijd hebben we bij de eerste vluchten zo’n 78 kilometer kunnen bestrijken. In potentie zou je binnen die tijd ook een groter gebied kunnen uitkammen, maar dat hangt onder andere af van de weersomstandigheden”, vertelt Van Dam. Is het heel zonnig, dan kunnen slagschaduwen vertekeningen in het beeld geven. Ook de hoogte van het wolkendek bepaalt hoe lang je over een afgelegde kilometer doet. “Het vliegtuigje moet namelijk in rechte lijnen vliegen om een compleet dekkend beeld van het achterland te maken. Dat betekent dat hij, als de dijk erg kronkelt, veel moet zigzaggen om alles erop te krijgen. Bij een hoog wolkendek kan je hoger vliegen en hoeft de piloot minder van die bochtjes te maken om hetzelfde gebied te bestrijken.”
Vliegplan vs. werkelijk afgelegde route | Beeld: STOWA
Ook kunnen er ‘s winters minder meters worden gemaakt door de kortere daglengte. “We hebben ervaren dat het aan de randen van de dag, in de schemering, al minder goed werkt. Voor de interpretatie van de infraroodbeelden is het namelijk essentieel om ze goed te kunnen vergelijken met gelijktijdig genomen luchtfoto’s: is het een wel, of toch iets anders?”
Koeien, ganzen en schapen
Dat laatste heeft alles te maken met de gevoeligheid van de gebruikte infraroodcamera, die temperatuurverschillen tot op een tiende graad verschil opmerkt. Een zegen en een vloek, aldus Van Dam. “Het betekent dat je ook broeiende gewassen, mest, lozingen, en iedere boom, die warmer is dan zijn ondergrond, ‘detecteert’. Het is zelfs zo dat als iemand op de dijk zijn hond uitlaat, de schaduw die die persoon op het water werpt al wordt opgemerkt als temperatuurverschil.”
Automatiseren van de dataverwerking ligt daardoor nog niet voor de hand. “Als je niet oppast, zouden heel veel koeien en ganzen dan ook op de kaart worden aangemerkt als wellen”, aldus Van Veen. “Schapen dan weer niet trouwens, want op de luchtfoto zie je die als allemaal witte stipjes, maar op de infraroodbeelden verdwijnen die door hun isolerende vachtje.”
Wellenportaal
De data die deze vluchten opleverden – 196 (potentiële) wellocaties – vormen een nieuwe toevoeging aan het landelijk Wellenportaal, een register waarin STOWA alle bekende gegevens over (zandmeevoerende) wellen in Nederland openbaar inzichtelijk maakt. Het Wellenportaal komt voort uit een project van het Hoogwaterbeschermingsprogramma, ‘POV Piping’, waarbij waterschappen, Rijkswaterstaat, ingenieursbureaus, marktpartijen en kennisinstituten samen hebben gezocht naar nieuwe kennis en innovatieve oplossingen voor piping.
Kennisinstituten die gebruik willen maken van de data in het portaal worden daartoe toegejuicht. “De gebiedsdekkende kaarten van wellenvluchten zou je bijvoorbeeld mooi kunnen combineren met geomorfologische kaarten en andere bodemgegevens om het onderliggende bodemproces te onderzoeken”, aldus Van Dam. “Het zou mooi zijn als een aantal studenten of promovendi zich over dit onderwerp zou kunnen gaan buigen.”
Elk hoogwater is anders
Waar gaat de reis naartoe bij het eerstvolgende hoogwater? “Graag zouden we natuurlijk het hele rivierengebied op deze manier in kaart brengen. Maar het kan ook interessant zijn om juist nog eens over dezelfde stukjes als vorige keer te vliegen. Elk hoogwater is weer anders qua waterstand, en kan weer nieuwe wellen op andere plekken veroorzaken of bestaande wellen ernstiger maken.”
“We gaan zorgen dat we een plan klaar hebben liggen, want hoogwater kan je soms enige dagen van tevoren zien aankomen, maar zodra het er is moet je snel de lucht in kunnen.”
Op woensdag 12 november organiseren STOWA en Rijkswaterstaat een webinar over het Wellenportaal, waarbij ook vakgenoten uit Italië (wetenschappers van de Interregional Agency for the Po River en de Universiteit van Bologna) hun ervaringen zullen delen over vergelijkbaar onderzoek in onder meer het Po-gebied. Aanmelden kan via de website van STOWA.
De bevindingen van de eerste wellenvluchten zijn maandag gepubliceerd in een STOWA-rapport.
LEES OOK
Water Matters: Piping in de Noordelijke Maasvallei
H2O Actueel: Innovatief filterscherm tegen piping is gemaakt van gerecyclede kunststofkozijnen
