IJkdijk - IJkdijk

Beobachtungsposten im IJkdijk Deichfeldlabor

Das IJkdijk ist eine Einrichtung in den Niederlanden , um Deiche zu testen und Sensornetzwerktechnologien für Frühwarnsysteme zu entwickeln . Darüber hinaus kann das Sensornetzwerk viele wasserbedingte Umweltfaktoren erfassen, die sich auf die Gesundheit des Menschen auswirken, wie z. B. Umweltverschmutzung und biologische Veränderungen. Katastrophen an Flüssen und Küstengewässern werden ebenfalls festgestellt.

In Studien zur Deichstabilität werden etwa achtzig Deiche zerstört und letztendlich ein Zusammenhang zwischen den Sensorwerten und der Zukunft des Deichs hergestellt. Daher ist der (auf Niederländisch) gut klingende Name IJkdijk: dijk = Deich und ijk vom niederländischen Wort ijken = zu kalibrieren (Modelle). Das dringendste Ziel hier ist eindeutig die Vorhersage von Deichausfällen. Im Gegensatz zur landläufigen Meinung ereignen sich die meisten Katastrophen mit Deichen, weil sie zu nass sind und nicht, weil sie zu niedrig sind. Eine weitere Hauptursache für Deichversagen sind Wasserströme, die durch den Deich fließen und letztendlich den Eich von innen durch Erosion zerstören . Ein Erkennungssystem für diese Fehlermechanismen ist möglicherweise billiger und sicherer als die Alternative: Überdimensionierung durch Zugabe von mehr Ton. Da Deichverbesserungen sehr kostspielig sind, z. B. 500 Euro pro Meter, gibt es ausreichend finanziellen Spielraum für das Sensorsystem. Das IJkdijk wird auch das geophysikalische Verständnis des Deichverhaltens verbessern . Ein besseres Verständnis der Deiche, ausgedrückt in einem sensorgestützten Frühwarnsystem für Deiche, verhindert unnötige und kostspielige Überdimensionierungen. Das sind gute Nachrichten für die Besitzer von Millionen von Kilometern Deichen, die heutzutage existieren, und die Entwickler von Millionen von Kilometern Deichen, die in Zukunft gebaut werden.

Antriebskräfte

Fehlgeschlagener Abschnitt des Torfdamms in Wilnis , August 2003

Deichinnovationen sind kein Luxus. Angesichts der erwarteten Klimaveränderungen, der Bodensenkung, des gestiegenen wirtschaftlichen Werts der tiefer gelegenen Gebiete infolge des wirtschaftlichen Wohlstands und der abnehmenden Akzeptanz von Katastrophen durch die breite Öffentlichkeit müssen viele Länder der Welt erheblich in den Hochwasserschutz investieren Halten Sie das Hochwasserrisiko auf einem akzeptablen Niveau. Insbesondere Entwicklungsländer suchen nach neuen Flächen für Wohnen und Industrie, die häufig in der Nähe von Flüssen zu finden sind. Hier entspricht der Bau von Deichen dem Wirtschaftswachstum. Da Investitionen in Deiche in der Größenordnung von Investitionen in die wirtschaftliche Entwicklung liegen, werden Entwicklungsländer am meisten von intelligenteren, billigeren und sichereren Deichen profitieren.

Die Entwicklungen in der Kommunikations- und Sensortechnologie sind so weit fortgeschritten, dass es möglich erscheint, diese neue Technologie zu nutzen, um das Management und die Überwachung von Hochwasserschutzarbeiten auf wirtschaftliche Weise effektiv zu unterstützen. Dies scheint Möglichkeiten zu eröffnen, billigere und bessere Alternativen für die traditionellen Methoden der Böschungsüberwachung, -wartung und -verbesserung anzubieten. Der größte Teil der kürzlich entwickelten Sensortechnologie muss jedoch noch unter Feldbedingungen getestet werden, um ihre Anwendbarkeit und Eignung zu beweisen. In jüngster Zeit wurden Prototypen von Deichkonditionierungssystemen konstruiert, die darauf abzielen, die Deiche kontinuierlich in optimaler Form zu halten. In Anlehnung an die Fachsprache der Sensorgemeinschaften nennen wir solche Systemaktoren.

Designziele

Flussdamm bei Bergambacht nach Feldtest, November 2001

In vielen Fällen wird der Schutz vor Überschwemmungen nicht nur durch die Höhe der Böschungen bestimmt, sondern lediglich durch die Stärke der Böschungen. Die meisten Schwachstellen in den Böschungen brechen aufgrund mangelnder Festigkeit oder Stabilität zusammen und werden nicht überflutet. Der Schlüssel zu einer besseren Nutzung der vorhandenen Böschungen und damit zur Verringerung des Hochwasserrisikos besteht darin, Wege zu finden, um genau die Prozesse zu bestimmen, die die Festigkeit von Böschungen mit einem hohen Maß an Sicherheit untergraben. Das System muss letztendlich in der Lage sein, Schwachstellen in Zehntausenden von Kilometern Böschungen zu erkennen.

Die Ermittlung von Ausfallprozessen von Böschungen ist noch ein Forschungsfeld in der Entwicklung. Es ist klar, dass die Stärke von Böschungen von einer Vielzahl von Parametern abhängt, die schwer zu bestimmen sind. Berechnungsmethoden für Böschungsfestigkeiten sind verfügbar, es scheint jedoch eine erhebliche Unsicherheit oder Lücke zwischen den berechneten und den tatsächlichen Festigkeiten zu bestehen. Aufgrund der enormen Investitionen und der steigenden Kosten für Wartung und Management der regionalen Wasserbehörden ist dies eine sehr unbefriedigende Situation. Zur Kalibrierung der Modelle sind systematische Experimente erforderlich. Dies ermöglicht die Gestaltung von Böschungen mit der richtigen Größe. Ein primäres Entwurfsziel sind Modelle, die, wenn sie mit Echtzeitdaten von Sensoren in Deichen gespeist werden, die kurz- und langfristige Zukunft des Böschungssystems berechnen. Am wichtigsten ist, dass sie melden können, wenn unmittelbare Sicherheitsprobleme auf dem Spiel stehen.

IJkdijk-Konsortium

Der IJkdijk („Kalibrierungsdeich“ (oder Damm, Deich)) ist eine Initiative der Forschungsinstitute TNO ICT und Deltares  [ nl ] , der niederländischen Forschungsstiftung STOWA (Stichting Toegepast Onderzoek Waterschappen) und der regionalen Entwicklungsagenturen NOM (Investerings) - en Ontwikkelingsmaatschappij voor Noord-Nederland) und IDL. Es wurde geplant, Testböschungen zu bauen, um systematische Tests verschiedener Arten neuer Sensor-, Aktor- und Kommunikationstechnologien sowohl während des Baus als auch während der gesamten Lebensdauer einer Böschung zu ermöglichen. Die Böschungen und die entsprechende Dateninfrastruktur sind so angelegt, dass zukünftige Technologien getestet werden können. Darüber hinaus ist das IJkdijk ein offenes Innovationsumfeld, in dem Unternehmen zu den Experimenten eingeladen wurden. Etwa 50 Unternehmen sind jetzt eingetragen.

IJkdijk Ergebnisse

Der IJkdijk ermöglicht es, Böschungen mit verschiedenen und realistischen Methoden auf kontrollierte und reproduzierbare Weise bis zum Versagen zu überlasten. Dies liefert Kenntnisse über:

  • Sensor-, Aktor- und Kommunikationstechnologie zur Böschungsüberwachung;
  • verbesserte geophysikalische Kenntnisse über Ausfallmechanismen und Computermodelle, die diese Ausfallmechanismen vorhersagen;
  • die praktische und wirtschaftliche Machbarkeit von Systemen, die für den Einsatz in Großanwendungen getestet wurden;
  • Technologien für Sensor-, Aktor- und Kommunikationstechnologien in großem Maßstab, die GEOSS- Technologien unterstützen;

So bietet das IJkdijk-Projekt wertvolle Einblicke und praktische Technologien für Organisationen, die sich mit Wassermanagement befassen, z. B. regionale Wasserbehörden und die nationale Abteilung für öffentliche Arbeiten - überall auf der Welt.

Neue Technologien

Mehrere neue (Sensor-) Technologien können zu einer genaueren, billigeren und / oder schnelleren Bestimmung der relevanten Parameter in den verschiedenen Prozessen beitragen, was zu einem Böschungsversagen führen kann, was zu einem besseren Bild der tatsächlichen Festigkeit und des aktuellen Schutzniveaus des Böschung und Ermöglichung von Maßnahmen zeitnaher und ortsspezifischer. Dies ist von großer Bedeutung. Intensive Überwachung der Stärke:

  • reduziert die kostspielige Überdimensionierung von Böschungsverstärkungen oder die alternative Erweiterung und Vertiefung des Flusssystems;
  • ermöglicht transparente und reproduzierbare Entscheidungen bei bevorstehenden Katastrophen;
  • ermöglicht eine verbesserte Bestimmung der Wirksamkeit innovativer Verstärkungstechnologien;
  • erhöht die Genauigkeit der Ergebnisse regelmäßiger Sicherheitsbewertungen von Böschungen, wie z. B. der nach niederländischem Recht erzwungenen fünfjährigen Sicherheitsbewertung in den Niederlanden, und liefert ein stets aktuelles Bild der tatsächlichen Sicherheitslage;
  • kann dazu beitragen, die Prioritäten und die Wirksamkeit von Maßnahmen wie der Neuausrichtung der Flüsse festzulegen, die derzeit in Vorbereitung auf das Niederrhein-Flusssystem in den Niederlanden durchgeführt werden.

Es besteht ein wachsender Bedarf an neuen Methoden zur Messung der verschiedenen Schlüsselparameter im Zusammenhang mit der Böschungssicherheit. Es gibt jedoch Lösungen, während neue Lösungen entwickelt werden.

Neue Technologien testen

Obwohl ein wachsender Bedarf an einer kontinuierlicheren und objektiveren Art der Messung und Überwachung besteht, gibt es gleichzeitig zu wenig Wissen, um die Günstigkeit aktueller Technologien zu bewerten. Dafür gibt es eine Reihe von Gründen:

  • Es gibt keine allgemein anerkannten Auswahlkriterien für die Anwendung einer bestimmten Technologie.
  • Die meisten verfügbaren Technologien haben möglicherweise eine nachgewiesene Erfolgsbilanz unter Laborbedingungen oder in Bereichen, die sich von denen unterscheiden, in denen die regionalen Wasserbehörden tätig sind, aber sie haben keine Erfolgsgeschichte in realen Feldsituationen, die für die Wasserbehörden relevant sind.
  • Oft besteht für die Bezirkswasserbehörden keine ausreichende Klarheit über die Rentabilität der verschiedenen Technologien und Systeme in der Praxis: Was bringt diese Investition?
  • Es gibt einen allgemeinen Bedarf unter den regionalen Wasserbehörden, aber der tatsächliche Bedarf hat sich noch nicht herauskristallisiert.

Angesichts der Kluft zwischen den Lieferanten für Böschungstechnologien einerseits und den regionalen Wasserbehörden mit ihren Fragen andererseits wird die Testanlage von IJkdijk eingerichtet. Das Feldlab zeigt und bewertet Technologien für ein Publikum von Wassermanagementorganisationen. Darüber hinaus können die neuen Erkenntnisse über die geophysikalischen Prozesse von Deichen und ihren Überwachungssystemen in wohlüberlegte Maßnahmen, Böschungskonstruktionen und eine genaue Wartungsplanung umgesetzt werden.

Sensortechnologie in und um Böschungen zur Vorhersage zukünftiger Ausfälle

Projektziele

Der erste IJkdijk, der im Dezember 2006 gebaut wurde und im November 2007 durch Wellenüberschlagsexperimente zerstört wurde. Er ist 14 Meter lang, 4 Meter hoch und breit

Die Ziele des IJkdijk-Projekts sind:

  1. Untersuchung der Anwendbarkeit von Sensortechnologien in kontrollierten Feldsituationen für die Inspektion und Überwachung des Hochwasserschutzes durch die Wasserbehörden;
  2. Entwicklung von Know-how zur Entwicklung von Böschungsversagensmechanismen unter Verwendung anwendbarer Sensortechnologien zur Entwicklung eines Warnsystems für Böschungen, Deiche und Dämme;
  3. Einsatz von Sensortechnologien zur detaillierten Untersuchung des aktuellen Zustands von Böschungen über Tausende von Kilometern.
  4. Förderung der Geschäftsaussichten der an dem Projekt beteiligten Unternehmen.

Die kommerziellen Parteien werden sich auf die Entwicklung der Technologien konzentrieren, während sich die Forschungseinrichtungen auf die Entwicklung des Wissens konzentrieren werden. Die zu überwachenden Ausfallmechanismen werden im Projekt eine zentrale Rolle spielen.

In einer Brainstorming-Sitzung mit mehreren Experten der regionalen Wasserbehörden, der Abteilung für öffentliche Arbeiten und der Inspektionsbehörden wurden aus Sicht der Wasserwirtschaftsgremien folgende Fragen formuliert:

  • Welche Prozesse finden in Böschungen statt und wie wirken sie sich auf mögliche Ausfallmechanismen aus?
  • Was sind die indikativen Parameter und in welcher Beziehung stehen diese Parameter zum Auftreten eines Fehlermechanismus?
  • Welche entscheidenden Handlungen können unterschieden werden, wenn ein Unglück unmittelbar bevorsteht?
  • Welche Technologien eignen sich zur Messung der indikativen Parameter in bestehenden Böschungen? Wie wähle ich aus den angebotenen Technologien aus? Was sollte die räumliche Intensität und die Häufigkeit der Messungen sein?
  • Was sind die Kosten und Nutzen für die Implementierung neuer Überwachungstechnologien?

In der Anfangsphase des Projekts werden diese Fragen behandelt und in durchzuführende Experimente umgewandelt.

Technische Einrichtungen

Der erste Deich bei der Eröffnung der IJkdijk-Anlage am 2. November 2007. Die gelbe Konstruktion ist ein Wave-Over-Topping-Simulator, der die Landseite eines Deichs mit 14 m 3 Wellen überfluten kann .

Das IJkdijk bietet eine Infrastruktur für den Anschluss verschiedener Sensor- und Aktorsysteme. Es versorgt sie mit Energie und festen und drahtlosen Kommunikationsmitteln. Darüber hinaus sind ein Kamerasystem und ein Wettermonitor vorhanden, um andere Beobachtungen zu ergänzen.

Die Infrastruktur wird in mehreren Phasen entwickelt und ermöglicht Flexibilität und vor allem die Möglichkeit zu lernen und zu verbessern. Zunächst wird nur die Infrastruktur zur Durchführung der ersten Experimente und der Referenzmessungen implementiert und die Netzwerkinfrastruktur, die für den Anschluss der Sensoren für nachfolgende Experimente erforderlich ist. Folgendes wird berücksichtigt:

  • Eine Anwendungsplattform mit einer Reihe grundlegender Anwendungen ( GIS- Visualisierungs-, Befehls- und Steuerungsfunktionen, ...);
  • Eine Mehrparteien-Infrastruktur für Datenerfassung, Datenveröffentlichung und -analyse;
  • Ein regelmäßiges Netzwerk für die permanenten Sensoren;
  • Die permanenten Sensoren;
  • Zugangspunkte zum Netzwerk für die experimentenspezifischen Sensoren. Diese werden sowohl auf Kabel- als auch auf drahtloser Netzwerktechnologie basieren.
  • Eine Stromquelle.

Im Laufe der Zeit wird die Infrastruktur auf der Grundlage der Anforderungen und Anforderungen der durchzuführenden Experimente wachsen. Die nächste Abbildung zeigt eine Draufsicht auf den Standort mit der Raumplanung der bisher geplanten größeren Elemente.

Experimente

Ein Film, der die letzte Welle zeigt, die bei der Eröffnung der IJkdijk-Anlage am 2. November 2007 über einen Deich geworfen wurde

Ziel ist es, systematisch eine Vielzahl geophysikalischer Prozesse in Böschungen zu untersuchen. Zunächst wird eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen zuvor angewandte Technologien wie CTD-Taucher, Flussmesser und Feuchtigkeitsmesser verwendet werden. Diese werden kontinuierlich über eine entfernte (drahtlose) Netzwerküberwachung gelesen. Wie in der obigen Tabelle angegeben, sind Experimente immer Kombinationen aus einem zu untersuchenden Versagensmechanismus, einem Belastungsschema und mehreren Messmethoden. Gegenwärtig sind Experimente in Vorbereitung, die sich auf Stabilität, Erosion aufgrund von Wellenüberschreitung, Gleiten aufgrund von stationärem Überlauf und innerer Erosion ( Rohrleitungen ) beziehen .

Neben Experimenten zur Erweiterung des Wissens über Ausfallmechanismen wird es auch Experimente geben, die insbesondere darauf abzielen, neue Sensortechnologien und ihre Relevanz für das Hochwasserschutzmanagement zu testen. Zusammen werden beide Arten von Experimenten wesentlich zur Effektivität und Effizienz von Böschungen in den Niederlanden und im Ausland beitragen.

Ein klaffendes Loch wurde durch das Wave-Over-Topping-Experiment am 2. November 2007 erzeugt.

Das Makrostabilitätsexperiment

Der Deich, der am Samstag, den 27. September um 16.02 Uhr zusammenbrach, war Teil eines Experiments, bei dem Daten über die Stabilität von Deichen gesammelt wurden. Darüber hinaus wurden im Experiment mehrere Sensorsysteme getestet. Es wurde mehr als ein Terabyte Daten erhalten, ein global eindeutiger Datensatz. Das Experiment war der erste wissenschaftliche Erfolg des IJkdijk.

Der Deich war ungefähr 100 m lang, 30 m breit und 6 m hoch und bestand aus einem Kern aus weißem Sand und einer Tonschale. Am Boden des Sandkerns wurde ein Entwässerungssystem angebracht, das das Hinzufügen oder Entfernen von Wasser ermöglichte. Behälter wurden auf den Deich gestellt, um schließlich mit Wasser gefüllt zu werden. Der Untergrund wurde sorgfältig kartiert, während der Deich zahlreiche bewährte und experimentelle Sensorsysteme enthielt. Darüber hinaus wurde der Deich von außen sorgfältig von Lidar-, Bild- und Infrarotkamerasystemen und natürlich von zahlreichen Personen überwacht . Als der Deich fertiggestellt war, wurde am Freitag, dem 26. September, ein Graben in den Boden und den Untergrund geschnitten. Nach 16 Stunden, am Samstag, den 27. September 2008, um 08.00 Uhr, wurde der Wasserstand im Deich angehoben. Um 16.02 Uhr brach der Deich zusammen.

Der Deich wurde im Macrostability Experiment gebaut und zerstört, das im September 2008 durchgeführt wurde

Externe Links

Koordinaten : 53 ° 08'58 "N 7 ° 11'24" E  /  53,149499 7,189865 ° N ° E / 53,149499; 7.189865