Kader ontwerp grondwaterstanden

Voor het ontwerp van ondergrondse constructies in de weginfrastructuur (zoals tunneltoeritten, verdiepte liggingen, aquaducten en onderdoorgangen) is een betrouwbare bepaling van maatgevende grondwaterstanden essentieel. Rijkswaterstaat beoogt hiervoor een kader te ontwikkelen dat leidt tot één vaste methodiek, toepasbaar in alle projectfasen van verkenning tot renovatie. De doelstelling van dit onderzoek is het vaststellen van een procedure om grondwaterstanden met een genormeerde herhalingstijd te bepalen op basis van meetreeksen. Daartoe zijn zes in de praktijk gebruikte methoden geanalyseerd: de klassieke en statistische GHG-GLG-methoden, extreme-waardemethoden op basis van Gumbel- en Weibullverdelingen, en methode A en B uit de NEN. De GHG-GLG-methoden zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor de landbouw en leveren karakteristieke waarden voor gemiddeld natte en droge situaties. Deze zijn echter ongeschikt voor constructief ontwerp, omdat zij gemiddelden betreffen van geselecteerde metingen en geen rekening houden met werkelijk optredende extremen. Bovendien veronderstelt extrapolatie naar extreme grondwaterstanden een normale verdeling, terwijl meetreeksen vaak worden beïnvloed door seizoenseffecten, variabele meetfrequenties of fluctuaties in buitenwaterstanden. Om vergelijkbare redenen wordt ook methode B uit de NEN afgeraden, aangezien deze sterk overeenkomt met de statistische GHG-GLG-benadering en geen robuuste koppeling biedt tussen kans en herhalingstijd. Extreme-waardeanalyse blijkt geschikter voor het bepalen van maatgevende grondwaterstanden. In een casestudy met 40 peilbuismetingen is aangetoond dat Gumbel-verdelingen doorgaans conservatievere uitkomsten geven dan Weibull-verdelingen, terwijl methode A (NEN) meestal tussen beide in ligt en het minst gevoelig is voor overfitten. De Weibull-verdeling kan bij lange herhalingstijden fysisch niet-realistische resultaten opleveren. Voor meetreeksen van 4 tot 30 jaar wordt daarom methode A aanbevolen; bij reeksen langer dan 30 jaar kan een Gumbel-analyse worden overwogen. Tot slot geldt dat statistische analyse altijd moet worden ingebed in geohydrologisch systeemonderzoek, mede gezien mogelijke invloeden van bemaling, veranderende waterstanden en klimaatverandering.