59
MSc Thesis FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF UNCERTAINTY IN THE SAFETY ASSESSMENT OF PIPING J.J.C. Bink 6 November, 2017

FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

  • Upload
    hacong

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

 

 

   

MSc Thesis  

FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF UNCERTAINTY IN THE SAFETY ASSESSMENT OF PIPING 

 

J.J.C. Bink 

6 November, 2017 

Page 2: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  1 

                       Title:  Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety 

assessment of piping          Date:        6 November, 2017   Location:      Deventer  Author:       J.J.C. Bink         [email protected]  University:      University of Twente 

Civil Engineering & Management/Water Engineering & Management         Drienerlolaan 5, Horst      PO‐box 217           7522 NB, Enschede      7400 AE, Enschede  Company:      BZ Ingenieurs en managers         Zutphenseweg 51      PO‐box 445         7418 AH, Deventer      7400 AK, Deventer  Graduation committee:  dr. K.M. Wijnberg, University of Twente 

dr. J.J. Warmink, University of Twente         ing. W.S. Zomer MSc, BZ Ingenieurs en Managers    

Page 3: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  2 

Preface In front of you is the final report of my master thesis, as the last part of my study Water Engineering 

and Management at the University of Twente. This marks the end of a six‐year period as a student 

and the start of a new period.  

During the process of this research I have had the help of some people I will not forget to thank. First 

of all, Wouter Zomer, my daily supervisor. Thank you for helping me at times that I had some struggles 

and for providing me with feedback when I needed it. Secondly, I want to thank Jord Warmink and 

Kathelijne Wijnberg for their feedback on the report and for helping me with the research itself. I also 

want to thank the colleagues of BZIM for their presence at the office. Sander Bakkenist, Caspar ter 

Brake, Jan‐Gert Rinsema and Julius van Stokkum, thank you for all the fun we had. 

Last, I want to thank my parents, brother and sister for their support during my life as a student and 

especially during my graduation period. 

 

Enjoy reading this thesis! 

 

Jasper Bink 

Deventer, October 2017 

Page 4: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  3 

Abstract The  Netherlands  are  vulnerable  to  flooding,  due  to  its  many  low‐lying  areas.  To  protect  the 

Netherlands from flooding many kilometres of dikes and other water retaining structures are built 

along the Dutch rivers. Piping  is one of the main failure mechanisms to which the Dutch dikes are 

prone. Due to the heterogeneity of the subsoil, uncertainties come into play when assessing a dike on 

piping. Besides  uncertainty  in  the  subsoil,  there  is  also  uncertainty due  to models  and  statistical 

uncertainty due to extrapolation of extreme events.  

The main goal of this research is to define acceptable and to determine a maximum acceptable level 

of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this question several steps have 

been  followed. First,  the philosophy behind  the development of  the WBI2017  is  investigated. The 

second step consists of the identification of the use of the WBI 2017. This was done by searching the 

documents of the WBI2017 and by interviewing experts/assessors from Water Boards. The last step 

was  to  define  acceptable  and  to  determine  this  acceptable  level  of  uncertainty  according  to  the 

interviewed experts is achievable and reachable with the current methods and models.  

The philosophy behind the development of the WBI2017 consists of three main factors. The first one 

is that uncertainties are included in a more explicit way than it was done before. This is done to make 

sure that the choices assessors make are more objective and rational. Secondly, a signaling value is 

introduced. This signaling value makes sure that weak dikes are identified in time, amply before the 

lower limit is reached, so a decent reinforcement plan can be made. As a last factor, the calculated 

failure  probability  is  presented  as  the  ‘real’  failure  probability.  This means  that  the  ‘real’  failure 

probability will differ between assessments if done by another assessor. This is caused by the fact that 

another assessor is likely to use different assumptions. 

In the use of the WBI2017, the incorporation of uncertainties can be seen in the use of the WTI‐SOS. 

By  using  this WTI‐SOS,  uncertainties  about  the  subsoil  are  included  in  scenarios.  Each  of  these 

scenarios gets a certain probability of occurring. Uncertainties about weak links are included using the 

length‐effect. The interviewed experts indicated that, since the methodology of the WBI2017 is new, 

they are still finding out how  it has to be used and what the  influence  is on the safety assessment. 

Since these unclarities exist among the experts from Water Boards, there is a lack of experience with, 

and insight in the WBI2017 and therefore in the uncertainties in the assessment. To be able to give a 

decent assessment of the safety of a dike it is important to fully understand the methods as well as 

the uncertainties and their influence. If this experience and insight lacks, a wrong interpretation of the 

calculation results can be made and therefore the result of the assessment may be wrong. Therefore, 

it is important to have a check on the understanding of the methods and procedures by the assessors. 

By doing  this,  it can be made sure  that  the  results are  ‘reliable’ and  ‘traceable’ as  indicated  in  the 

philosophy. 

Besides that,  it was  indicated that not all relevant and known uncertainties are yet  included  in the 

safety assessment. Time dependency is not yet included, but a very important factor along the coastal 

areas and, though less influential, for the lake areas. This time dependency will, however, be included 

in 2019.  

Each of the interviewed experts has a different definition of what is to be an acceptable uncertainty. 

Some  indicate  that  the uncertainty  is acceptable  if  it does not have a significant  influence on  the 

assessment result. Others indicate that the uncertainty is acceptable if the methods and procedures 

prescribed in the WBI2017 are followed and used. In the detailed assessment this means, for example, 

that  the calculation  rule of Sellmeijer has  to be used  for piping. For  the assessment  result and  its 

uncertainty  to be  acceptable  the  result has  to be  ‘reliable’  and  ‘traceable’. The  interviewees  also 

Page 5: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  4 

indicated  that  they want  as much  certainty  as  possible  in  the  assessment  result.  From  previous 

research by Van Stokkum (2016) however, it has become clear that such a level of uncertainty cannot 

be achieved with  the current methods and models. Sellmeijer et al.  (2011) also  indicates  that  the 

formula of Sellmeijer is calibrated with small‐scale laboratory tests on homogeneous samples, while 

in the real world the subsoil is not homogeneous and the scale is larger. In 2011 the formula has been 

improved with larger scale experiments, such as the IJkdijk. The formula, however, gets a good result 

when the subsoil consists of fine sand, but when the subsoil is coarser, the formula does not perform 

that well. Therefore, it is important that more research is done in alternative methods and models for 

the assessment of piping in order to be able to reduce the uncertainty towards an acceptable level. 

Page 6: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  5 

Content 

PREFACE ......................................................................................................................................... 2 

ABSTRACT ....................................................................................................................................... 3 

CONTENT ........................................................................................................................................ 5 

1.  INTRODUCTION .......................................................................................................................  6 

1.1.  UNCERTAINTY .................................................................................................................................... 6 1.2.  PROBLEM DESCRIPTION........................................................................................................................ 8 1.3.  RESEARCH GOAL ................................................................................................................................. 9 1.4.  RESEARCH QUESTIONS ......................................................................................................................... 9 

2.  METHODS ..............................................................................................................................  10 

2.1.  PHILOSOPHY BEHIND THE DEVELOPMENT OF THE WBI2017 ..................................................................... 10 2.2.  USE OF THE WBI2017 ....................................................................................................................... 10 2.3.  VISUALIZATION OF UNCERTAINTY IN THE SAFETY ASSESSMENT ................................................................. 10 2.4.  INTERVIEWS ..................................................................................................................................... 12 

3.  PHILOSOPHY BEHIND WBI2017 ............................................................................................... 14 

3.1.  STARTING POINTS OF WBI2017 ........................................................................................................... 14 3.2.  SIGNALING VALUE AND LOWER LIMIT .................................................................................................... 15 3.3.  UNCERTAINTIES IN THE SAFETY ASSESSMENT ......................................................................................... 16 3.4.  ACCEPTANCE CRITERIA ....................................................................................................................... 20 3.5.  FAILURE PROBABILITY ........................................................................................................................ 20 

4.  USE OF WBI2017 ..................................................................................................................... 22 

4.1.  GLOBAL STOCHASTIC SUBSOIL SCHEMATIZATION (WTI‐SOS) ................................................................. 22 4.2.  CALCULATION AND MODELS ............................................................................................................... 23 4.3.  LENGTH EFFECT ................................................................................................................................ 23 4.4.  RELEVANT UNCERTAINTIES ................................................................................................................. 24 4.5.  USE BY EXPERTS ............................................................................................................................... 24 

5.  ACCEPTABILITY OF UNCERTAINTY ......................................................................................... 26 

5.1.  DEFINITION OF ACCEPTABLE ............................................................................................................... 26 5.2.  ACCEPTABILITY OF UNCERTAINTY ........................................................................................................ 26 5.3.  ANALYSIS ........................................................................................................................................ 29 

6.  DISCUSSION ..........................................................................................................................  32 

6.1.  METHODS ........................................................................................................................................ 32 6.2.  RESULTS .......................................................................................................................................... 33 

7.  CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS ............................................................................... 35 

7.1.  CONCLUSION ................................................................................................................................... 35 7.2.  RECOMMENDATIONS ......................................................................................................................... 36 

REFERENCES ................................................................................................................................. 38 

APPENDICES.................................................................................................................................. 40 

A.  STEPS OF THE SAFETY ASSESSMENT ......................................................................................................... 41 B.  ASSEMBLING ........................................................................................................................................ 45 C.  QUESTIONS INTERVIEWS ........................................................................................................................ 47 D.  CASES INTERVIEWS ................................................................................................................................ 48 E.  SELLMEIJER ........................................................................................................................................... 57 

Page 7: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  6 

1. Introduction Since the 1st of January 2017 the norms for dikes in the Netherlands are changed. The norms are no 

longer based on the exceedance probability of a flood event, but on the probability of failing of a dike. 

The way the assessment is done has changed as well. The assessment is done in several steps, which 

starts at a very coarse and general level and becomes more detailed along the way. 

The schematization manuals (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017a) describe for 

every failure mechanism which steps have to be followed in order to get to a proper schematization 

of a dike section. These steps are shown in Figure 1. The first step is to collect the necessary data, such 

as the composition of the subsoil and the shape and characteristics of the dike. These data are then 

used to schematize the dike. This schematization can then be used to make calculations. After the 

calculations, the results have to be interpreted. Based on this information the dike can be assessed. 

   

Figure 1  ‐ Schematization steps of  the safety assessment  (Adapted after: Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017). 

The amount and quality of the gathered data has a major  influence on the result of an assessment 

(Jones et al., 2008). If little data is available, the schematization will be rough and the uncertainty will 

be high. This means that the result of the safety assessment will be highly uncertain as well, which 

means the actual strength is somewhere in a wide bandwidth around the calculated strength of the 

dike. As more data becomes available  in the detailed assessment, the schematization will become 

more precise and the uncertainty will decrease. Often this process is an iterative process, which will 

be explained in chapter 5. Especially if the schematization is very rough at the start, some iterations 

will have to be performed (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017a). 

1.1. Uncertainty In the new approach to the safety assessment of dikes (WBI2017), uncertainty and how it should be 

included  in  the  safety  assessment  has  gotten  a more  prominent  position.  Uncertainties  will  be 

included in an explicit way, instead of the implicit way they were considered before. There are two 

different types of uncertainty which influence the failure probability (Diermanse, 2016a): 

1. Inherent uncertainty or natural variability 

2. Knowledge uncertainty (statistical and model uncertainties) 

1.1.1. Inherent uncertainty Inherent or aleatory uncertainty includes all unpredictable fluctuations that are observable in nature. 

There can be made distinction between fluctuations in time and fluctuations in space (Vrouwenvelder 

& Vrijling, 2000). This aleatory uncertainty is irreducible, as it is existing in nature and natural to the 

process (Kiureghian & Ditlevsen, 2009). An example of inherent uncertainty is the throw of a dice, as 

it  contains  inherent  randomness.  When  performing  an  infinite  number  of  repeated  trials,  the 

Page 8: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  7 

probabilities can be determined with certainty, but the probabilities themselves cannot be changed 

(Porter, 2017). For piping, the composition of the subsoil can be seen as an inherent uncertainty. 

1.1.2. Knowledge uncertainty Knowledge uncertainty can be divided into two types of uncertainty, statistical uncertainty and model 

uncertainty  (Vrouwenvelder  &  Vrijling,  2000).  In  contrast  to  inherent  uncertainty,  knowledge 

uncertainty or epistemic uncertainty can be reduced (Porter, 2017). Statistical uncertainty is caused 

by the limited number of observations. A dike, for example, is designed with a failure probability of 

1/1,000 year, while  there are only observations of water  levels and discharges  for about 100 years 

(Vrouwenvelder & Vrijling, 2000). In this case statistical uncertainty appears when extrapolating the 

data of discharges and water  levels, as extremes are needed  for  the design of a dike  (Diermanse, 

2016a). Another form of statistical uncertainty appears when the probability density distribution of 

strength parameters is estimated with limited observations (Van Stokkum, 2016). 

Model uncertainty is caused by the use of models. These models are used to simplify reality in order 

to predict the load on a dike and the strength of a dike (Diermanse, 2016a). In the calculation of the 

failure probability of a dike, models are used to determine at what combination of load and strength 

a dike is expected to fail. These models, however, are never an exact representation of reality. It will 

always be a simplification (Vrouwenvelder & Vrijling, 2000). This uncertainty exists as attribute to the 

mathematical model and it is not inherent in the real world, as it does not exist in nature (Porter, 2017). 

By comparing predictions from a model with measurements from the real world, an estimate can be 

made of the model error (Vrouwenvelder & Vrijling, 2000). 

Statistical uncertainty and model uncertainty are caused by a lack of knowledge. Given an assumption 

of  the  shape of  the probability density distribution,  statistical uncertainty  can be estimated  in an 

objective way  based  on  the  available  amount  of  data. Model  uncertainty  is  highly  influenced  by 

intuition  and  engineering  judgement, which means  it  is  not  objective  (Vrouwenvelder & Vrijling, 

2000). The different uncertainties and their influence on the failure probability are shown in Figure 2.  

 

Figure 2 ‐ Uncertainties that influence the failure probability (Adapted after Diermanse, 2016) 

The way the new safety assessment (WBI2017) has to be done has some changes with respect to the 

Wettelijk ToetsInstrumentarium 2006  (WTI 2006). The WTI2006  is  the old  legislation with  the old 

norms. These changes can be categorized in four classes: 

1. The input of statistics and schematizations 

2. The  way  uncertainties  are  included.  A  consequence  is  that  for  the  Upper  Rivers 

(‘Bovenrivieren’) a complete probabilistic approach will be used 

3. New norms, both the type and numerically 

4. Other schematizations of the subsoil, in which the Room for the River projects are included 

Page 9: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  8 

These  changes do not necessarily mean  that  the  loads will get higher. Around  the  IJssel‐lake  the 

needed crest height will increase due to the new norm and the inclusion of uncertainties, while in the 

‘Upper Rivers’ the norm will often get less strict (Helpdesk Water, 2017a). 

1.2. Problem description The  safety  assessment  of  piping  is  influenced  by  two  main  sources  of  uncertainty:  inherent 

uncertainty  and  knowledge  uncertainty.  Knowledge  uncertainty  can  be  subdivided  in  model 

uncertainty and statistical uncertainty. For piping, for example, the composition of the subsoil and 

the schematization of the dike are of high importance.  Inherent uncertainty and model uncertainty 

are of influence on the calculation of strength of the dike. Statistical uncertainty is mainly applicable 

on the calculation of the load on the dike. 

For piping,  the  inherent uncertainty can mainly be  found  in  the composition of  the subsoil.  In  the 

WBI2017, scenarios are used in the form of the WTI‐SOS to take this uncertainty into account (Hijma 

& Lam, 2015). The final result of the safety assessment for piping is one failure probability, which is 

later  combined  for  all  failure  mechanisms  into  one  failure  probability  for  a  dike  trajectory 

(Rijkswaterstaat Water,  Verkeer  en  Leefomgeving,  2017c).  This  is  presented  as  the  ‘real’  failure 

probability, while  it actually  is a calculable failure probability based on  limited available knowledge 

and models. The failure probability changes if other data, other models, or other assumptions in the 

schematization are used (Vrouwenvelder & Vrijling, 2000).  

The inherent uncertainty and knowledge uncertainty influence the final result. Van Stokkum (2016) 

determined that at some point gathering more data will have almost no influence for the estimation 

of  the  probability  density  function.  At  that  point,  the  costs  of  doing more  research  exceed  the 

benefits. It is, however, useful to do more research to find the ‘real’ value for the parameter at a certain 

location. In the WBI2017 a failure probability budget (’faalkansbegroting’) has to be used in accordance 

with a semi‐probabilistic approach per dike section (‘dijkvak’). In 2019 a probabilistic approach for the 

dike trajectories (‘dijktraject’) will become available, in which the failure probability budget does not 

have to be used. In the failure probability budget 24% of the total allowed failure probability can be 

allocated to piping (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c). It is however possible 

to  assign  the  failure  probability  in  an  alternative  way.  If  one  failure  mechanism  meets  its 

requirements, while another failure mechanism does not, it is allowed to assign a bigger portion of 

the failure probability to the failure mechanism that does not meet the requirements and a smaller 

part to the failure mechanism that does meet the requirements (Diermanse, 2016b).  

Even if a complete analysis of the failure probability is performed, without using intuition and expert 

judgement, different values for the failure probability are calculated (Vrouwenvelder & Vrijling, 2000). 

According to Vrouwenvelder & Vrijling (2000), the ‘real intrinsic value, which is constant and invariable 

is a fiction’. Even though the failure probability is presented as an objective value, it is influenced by 

subjective  estimations  and  assumptions.  This  means  the  failure  probability  is  ‘ambiguous’  and 

‘subjective’. The  failure probability  is dependent on  the experience and  level of knowledge of  the 

assessor  (Vrouwenvelder  &  Vrijling,  2000).  The  economical  optimal  strength  is  used  in  the 

determination of the optimal failure probability. This means that uncertainties  increase the failure 

probability (Vrouwenvelder & Vrijling, 2000). Based on the current methods, uncertainty can only be 

reduced  to  a  limited  amount.  In  the WBI, more  uncertainties  are  explicitly  included  than before. 

However, there still remain uncertainties in the assessment result. These uncertainties can not only 

be reduced by doing more measurements. Model and statistical uncertainty are still influencing the 

assessment  result. Therefore,  it  is  important  to determine what  level of uncertainty  is considered 

acceptable. When  that  is  known  it  becomes  possible  to  determine  what  improvements  to  the 

methods have to be done in order to reduce uncertainty in the assessment result. As mentioned by 

Page 10: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  9 

Van  Stokkum  (2016),  a  lot  of  uncertainty  remains  in  the  assessment  for  piping,  even  if many 

measurements are used. Therefore, piping is used as the main focus of this study. 

1.3. Research goal The goal of this research  is to determine the acceptable  level of uncertainty  in the assessment for 

piping  and  to  define  the  term  acceptable  using  interviews with  experts  from Water  Boards  and 

developers of the WBI. 

1.4. Research questions As a guide towards the goal of this research, the following research questions have been formulated. 

1. What is the philosophy behind the development of the WBI2017? 

2. How is the WBI2017 used by experts from Water Boards?  

3. How can acceptable regarding uncertainty be defined and can it be achieved as such? 

4. What level of uncertainty is acceptable in the assessment of a dike on piping? 

 

   

Page 11: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  10 

2. Methods In this chapter, the methods and assumptions used will be described per research question. 

2.1. Philosophy behind the development of the WBI2017 To answer  the  first  research question,  several background documents of  the WBI2017 have been 

investigated. Based on those background documents, an insight in the philosophy behind the norms 

is created. The following documents and websites have been investigated.  

‐ ‘Uitgangspunten WTI 2017’ by H. de Waal and H. Knoeff (2014) 

‐ ‘Globale stochastische ondergrondschematisatie (WTI‐SOS) voor de primaire waterkeringen’ 

by M. Hijma and K.S. Lam (2015) 

‐ ‘WTI 2017: Handleiding lokaal schematiseren met WTI‐SOS’ by G. Kruse and M. Hijma (2015) 

‐ ‘Basisrapport WBI 2017’ by J.P. de Waal (2016) 

‐ ‘Grondslagen voor hoogwaterbescherming’ by Expertise Netwerk Waterveiligheid (2016) 

‐ ‘WTI – Onzekerheden’ by F. Diermanse (2016) 

‐ ‘Over Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium’ by Helpdesk Water (2017) 

‐ ‘Regeling  veiligheid  primaire waterkeringen  2017;  Bijlage  I  Procedure’  by  Rijkswaterstaat 

Water, Verkeer en Leefomgeving (2017) 

‐ ‘Regeling  veiligheid  primaire  waterkeringen  2017;  Bijlage  III  Sterkte  en  veiligheid’  by 

Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving (2017) 

‐ ‘Schematiseringshandleiding  piping;  WBI  2017’  by  Rijkswaterstaat  Water,  Verkeer  en 

Leefomgeving (2017) 

These documents are all used for the development of the WBI or are part of the WBI. To find these 

documents, the summaries of all documents related to the WBI and piping have been read. Based on 

that information it was determined which documents would be relevant for the answering of the first 

research  question.  The  relevant  documents  are  listed  above.  Based  on  these  documents  the 

philosophy behind the development of the WBI2017 has been identified.  

2.2. Use of the WBI2017 For the second research question, two documents have been used, as well as the answers from the 

experts gathered in interviews (see paragraph 2.4). The documents used are: 

‐ ‘Gebruikershandleiding D‐Soil Model’ by Deltares (2016) 

‐ ‘Gebruikershandleiding Ringtoets’ by Deltares (2017) 

Based on these documents and the answers from the experts it is identified if the philosophy behind 

the development of the WBI2017 and the way it is used are in accordance. 

2.3. Visualization of uncertainty in the safety assessment Uncertainty can be shown  in several different ways. The first example  is by using the principle of a 

‘traffic light’, in which green is certain, red is uncertain and orange/yellow is in between. This can be 

translated  into a  continuous  scale as well  in order  to express  the uncertainty  (Tak & Toet, 2014). 

Another way of indicating the uncertainty is by showing a bandwidth  in the graph. Another way of 

showing the bandwidth  is by using random  lines or a gradient. The downside of using a gradient  is 

that it might look different if printed or if shown on a different screen (Tak et al., 2014). 

Tak et al. (2015) have done another study into the best way to visualize uncertainty. Instead of looking 

at a completely unknown case, such as was used  in their research of 2014, a known case was used 

now, in the form of temperature forecasts. Instead of a point prediction, a range prediction was used. 

Page 12: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  11 

With these temperature forecasts a certain point on the graph was  indicated and the question was 

asked what the probability was of a temperature above that point. On the basis of those results it is 

determined what visualization of the uncertainty is best in their case. The results were similar to the 

results of their previous research, which means that indicating a bandwidth is best (Tak et al., 2015). 

In the research of Warmink & Goedhart  (2010) nine different ways of expressing uncertainty were 

used to determine what would be best for decision‐makers. To determine this they interviewed ten 

decision makers and asked them to rank the nine expressions of uncertainty. According to Warmink 

& Goedhart (2010) the use of a bandwidth to express uncertainty is the best solution if the changes in 

time  are of  importance  as well.  If  this  is not  important, a histogram or box‐plot  is useful  as well 

(Warmink & Goedhart, 2010). 

Based on this investigation of the different possibilities for the visualization, cases for interviews have 

been made. An example of such a case is shown in Figure 3. To do so, several assumptions have been 

made.  First  of  all,  it was  assumed  that  load  and  strength  are  normally  distributed. According  to 

Vrouwenvelder & Vrijling  (2000) an exponential distribution  for  the  load would be more  realistic. 

However, for the sake of simplicity, a normal distribution was selected. 

This  normal  distribution  was  created  using  a  fictive  dataset,  which  creates  a  perfect  normal 

distribution. To create the medium curve, a convenient standard deviation was chosen. For the small 

uncertainty  curves,  this  standard deviation was halved, while  for  the  large uncertainty  curves  the 

standard deviation was doubled. In Figure 3, the medium uncertainty  load curve  is shown together 

with the three possible types of curves for the strength. By halving the standard deviation (for the 

small uncertainty curve) the curve becomes narrower, while by doubling the standard deviation (for 

the large uncertainty curve) the curve becomes wider. 

 

Figure 3 ‐ The medium uncertainty load is shown in green, with the three possible types of uncertainty for the strength 

Now the curves are made, the band around the strength has to be added. This band is based on the 

research of Van Stokkum (2016). In his research he indicates that the strength can differentiate a lot 

from the calculated strength, up to 100%. As an example, the differentiation is assumed to be 50% of 

Page 13: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  12 

the standard deviation in these cases. This bandwidth was added to indicate the uncertainty that will 

remain due to model uncertainty. An example of the addition of this bandwidth is shown in Figure 4. 

 

Figure 4 ‐ Scenario with a medium uncertainty in load and strength 

The combinations of load and strength, which form the nine scenarios, are shown in Table 1. For all 

these scenarios the failure probability was the same, so all scenarios could be compared. 

Table 1 ‐ Scenarios for the interviews 

Level  of  Uncertainty  in Load 

Level  of  Uncertainty  in Strength 

Small  Small 

Small  Medium 

Small  Large 

Medium  Small 

Medium  Medium 

Medium  Large 

Large  Small 

Large  Medium 

Large  Large 

 The result of the visualization of the nine scenarios that were used in the interviews are displayed in 

Appendix D. On the y‐axis, the probability of occurring is displayed, while on the x‐axis the (critical) 

head is shown. The graphs are capped at the left and right end to make them as clear as possible. In 

theory, the graphs should continue infinitely. Besides that, the bandwidth of the strength is capped 

at zero, since a probability of occurring smaller than zero is not possible. 

2.4. Interviews For this research seven interviews have been conducted. Five interviews at different Water Boards, 

one at Rijkswaterstaat and one at Deltares. According to Scholl & Olivier (2014), only four to eight 

interviews are needed to gather 80% of the available information. According to Feijt (2017), five to 

twenty‐five  interviews  are  needed  to  cover  all  information.  The  saturation  in  the  answers  is  an 

important  indicator  if  enough  interviews  have  been  conducted.  If  nothing  new  comes  up  in  the 

interviews, enough interviews have been conducted (Feijt, 2017). Therefore, after seven interviews it 

was evaluated if more interviews would be needed. The answers to the interview questions had often 

similarities, and therefore it was decided to conduct no more interviews. Of these seven interviews, 

four could be used for the quantitative part (questions 8 through 11). According to  literature, more 

Page 14: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  13 

results would be needed for the quantification. With the results of the four  interviews, however, a 

clear pattern could be distinguished and therefore  it was decided to gather no more results on this 

part. 

The experts that were interviewed are employees at the following companies. Of each company one 

expert was interviewed: 

‐ Deltares 

‐ Hoogheemraadschap (Water Board) De Stichtse Rijnlanden 

‐ Rijkswaterstaat 

‐ Waterschap (Water Board) Drents Overijsselse Delta 

‐ Waterschap (Water Board) Rivierenland 

‐ Waterschap (Water Board) Scheldestromen 

‐ Waterschap (Water Board) Vallei & Veluwe 

These seven experts cover all areas of the development and use of the WBI. These experts all have 

experience with the WBI methods and procedures. 

The questions of the interview can be found in Appendix C1. The first two questions of the interviews 

are used to assess the level of expertise of the interviewees. First, it was asked how familiar they are 

with the WBI (question 1) and its uncertainties (question 2) on a scale of 1 (junior) to 5 (expert involved 

with the development of the WBI from the beginning). After the assessment of the level of expertise, 

it was assessed how the different experts cope with the uncertainties in the safety assessment of a 

dike for piping (question 3). This question was followed by several questions on what they think of the 

way the uncertainties are included in the WBI and if more uncertainties should be included (questions 

4, 5 and 6). Next, the term ‘acceptability’ was defined and it was clarified what the experts consider to 

be acceptable (question 7). As a last part 9 cases were presented, which the experts had to score from 

1 (not acceptable) to 5 (very acceptable) in question 8 and 9. The last part was to rank the cases from 

1 (most acceptable) to 9 (least acceptable)  in question 10 and 11. Question 8 and 9, however, have 

been dropped after three  interviews, since the interviewees already started to, unconsciously, rank 

the scenarios at this question. They did so to be able to compare the different scenarios. This caused 

the answers of questions 8 & 9 and 10 & 11 to be identical. 

As mentioned  before,  the  first  two  questions  of  the  interviews were  used  to  assess  the  level  of 

expertise of  the  interviewees. During  the  interviews,  it became clear  that all but one  interviewees 

think they have quite some knowledge of the WBI and its uncertainties, since they gave themselves 4 

out of 5 points on these questions. There was only one person who thought to have less knowledge 

of the WBI and the uncertainties, which gave 2 out of 5 points on these questions. The answers of this 

expert have been given a lower importance than the answers of the other experts.  

 

 

   

                                                                   1 The transcripts of the interviews can be requested by contacting the author 

Page 15: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  14 

3. Philosophy behind WBI2017 In the Delta program of 2014 it was already concluded that the central theme in the Netherlands was 

prevention of flooding, but a shift is made towards anticipation. Spatial design and crisis management 

however, are still needed  to  limit  the  risks of  flooding. To be able  to keep  the  flood safety  in  the 

Netherlands  at an acceptable  level, norms are defined  in  the Dutch Water Act. Those norms are 

translated towards use in practice by models and uniform calculation methods.  

In practice, there will always be a risk of flooding, which makes it difficult to determine how safe is 

safe enough. Such a question cannot just be answered by simple calculations, as there are social and 

political factors to be included as well. Reducing the risk of flooding towards zero is not feasible. That 

is why a consideration has  to be made on what  level of safety  is wanted, based on  the costs and 

benefits of more or  less safety. The protection  levels as  they were set until 2017 were established 

based on a consideration between the costs of additional safety and the benefit of the reduction is 

risk. As the consequences of flooding in the west of the Netherlands were the most severe, the safety 

levels  were  the  highest  over  there  as  well.  The  norms  as  they  were  asserted  until  2017  were 

established  in  1953.  Since  2017  new  norms  have  been  developed  in  the  Wettelijk 

BeoordelingsInstrumentarium (WBI2017), which are based on three types of risk: (1) expected yearly 

costs of damage, (2)  individual risk and (3) group risk. The Dutch government has decided that the 

individual risk for every person has to be the same in the Netherlands, namely 1/100,000 per year. 

3.1. Starting points of WBI2017 The maintenance of the appropriate level of water safety can be distinguished in three levels (de Waal 

& Knoeff, 2014): 

1. Maintaining the current legal safety levels in the context of the norm, which is part of the ‘duty 

of care’ (‘zorgplicht’) 

2. Assessment of the dike when the norms change or when there are changed  insights  in the 

load or strength of the dike, which is done at least once every twelve years. The results of this 

assessment are reported to the Dutch House of Representatives 

3. Periodical review of the goal and the norms and the way those are derived and allocated 

The first two levels together have to guarantee that the dikes are actually coping with the norm and 

continue to do so, based on the norms that are determined in the third level and which are based on 

socially accepted flood risks. How the activities of level 1 and 2 maintain the norm is shown in Figure 

5 (H. de Waal & Knoeff, 2014).  

Page 16: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  15 

 

Figure 5 ‐ Interconnection between activities and information of level 1 and 2 (information in blue, activities in yellow) (Adapted after: Waal & Knoeff, 2014) 

In 2014, Deltares, commissioned by Rijkswaterstaat WVL, has formulated 160 starting points for the 

new WBI. Those starting points are divided over 7 categories: 

1. Redevelopment of water safety 

2. System requirements WTI2017 

3. Implementation of the ‘probability of flooding approach’ (‘overstromingskansbenadering’) 

4. Functional design WTI2017 

5. Hydraulic loads 

6. Starting points failure mechanisms (‘toetssporen’) 

7. Starting points software development 

Those principles vary between requirements on how to save data, so  it can be used generally, the 

description of how  the WTI2017 has  to be  structured and what has  to be described  in  it and  the 

language that has to be used for all the documents (H. de Waal & Knoeff, 2014).  

3.2. Signaling value and lower limit In the WBI2017, two types of norms are used. The first one is the lower limit, which is the absolute 

maximum probability of flooding a dike  is allowed to have.  If a dike copes with this  lower  limit the 

basic  protection  level  is  guaranteed.  The  dike  will  still  have  to  be  registered  for  the  HWBP 

(‘Hoogwaterbeschermingsprogramma’  or  ‘Flood Protection Program’),  if  it does  not  cope with  the 

signaling value. The signaling value is the second type of norm. This is the value on which the dikes 

are  first  assessed  in  the WBI2017  (Rijkswaterstaat Water, Verkeer  en Leefomgeving,  2017b). The 

signaling value is approximately 3 times smaller than the lower limit, illustrated in Figure 6. There are 

six classes of norms, which are shown in Table 2 (STOWA & Rijkswaterstaat Infrastructuur en Milieu, 

2016): 

   

Page 17: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  16 

Table 2 ‐ Classes of norms (Adapted after STOWA & Rijkswaterstaat Infrastructuur en Milieu, 2016) 

Signaling value (per year)  Lower limit (per year) 

1/300  1/100 

1/1,000  1/300 

1/3,000  1/1,000 

1/10,000  1/3,000 

1/30,000  1/10,000 

1/100,000  1/30,000 

 There is one exception to these classes. For the nuclear powerplant of Borssele a signaling value of 

1/1,000,000 per year has been set. 

If a dike does not cope with the signaling value it will have to be assessed on the lower limit as well. If 

the signalling value is exceeded a dike is registered for the HWBP. It is not possible to register a dike 

for the WHBP is the signalling value is not exceeded. Registration for the HWBP means that the dike 

will become one of the reinforcement projects (Rijkswaterstaat Infrastructuur en Milieu, 2017). In 2050 

all dikes have to meet the  lower  limits, so the basic protection  level will be guaranteed (STOWA & 

Rijkswaterstaat Infrastructuur en Milieu, 2016). 

 

Figure 6 ‐ Signaling value and lower limit. The blue line represents the safety level of the dike over time (Adapted after: STOWA & Rijkswaterstaat Infrastructuur en Milieu, 2016) 

The goal of the signaling value is early detection of dike sections that will not comply with the norm 

in the near future. By detecting such a dike in an early stage, it becomes possible to investigate what 

the best way is to make the dike future proof. It can also be investigated whether the reinforcement 

of the dike can be combined with the development of the surrounding area. 

3.3. Uncertainties in the safety assessment The safety assessment of a dike  is  influenced by uncertainty for an  important part. For piping, the 

models use a schematization of reality, the subsoil varies over the width of the dike and the loads on 

the dike can only be estimated. In the WBI2017, these uncertainties are included in an explicit manner, 

instead of the implicit manner that was used in the past. The main differences between the WTI2006 

and the WBI2017 can be found in the detailed assessment. These changes have not been introduced 

Page 18: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  17 

to  all  failure mechanisms  and  for  all  variables  yet,  but  only  for  the  failure mechanisms  that  are 

considered  to be most  relevant,  so  the WBI  could be  completed  in  time  (Diermanse, 2016a). For 

piping, however, these changes have been implemented. The main differences between the WTI2006 

and the WBI2017 are: 

1. Knowledge uncertainty of hydraulic loads is now accounted for explicitly 

2. Instead of characteristic ‘calculation values’ probability distributions are used 

3. Complete probabilistic assessment prescriptions are developed for some failure mechanisms 

to be able to include uncertainties in a consistent and complete manner.  

4. Safety factors are based on the results of probabilistic calculations 

For the detailed assessment, there is a difference between the detailed assessment per dike section 

and  the detailed  assessment per dike  trajectory.  In  the detailed  assessment per dike  section  the 

choice can be made to do the assessment using a semi‐probabilistic or a probabilistic method. In the 

detailed assessment per dike trajectory the assessment has to be done using a probabilistic method. 

Since  the  probabilistic methods  will  become  available  in  2019,  it  is  not  yet  possible  to  do  an 

assessment on a dike trajectory level (Diermanse, 2016b).  

3.3.1. Knowledge uncertainty of hydraulic loads The  hydraulic  load  is  composed  of  a  combination  of water  level  and wave  characteristics  for  a 

representative location for the considered dike section. To predict the conditions for this dike section 

models are used for the calculation of the hydraulic  load. This causes two kinds of uncertainties to 

occur:  (1) uncertainty  in the basic stochastic variables  (‘basisstochasten’) and  (2) uncertainty  in the 

simulation of the hydraulic models. The probability distributions of the basic stochastic variables can 

be seen as a best guess of reality, as the real probability distribution is unknown (De Waal, 2016). 

For the prediction of the hydraulic loads, seven different hydraulic load models are used: 

1. Upper Rivers (Rhine and Meuse) 

2. Lower Rivers (Rhine, Meuse and Europoort) 

3. Vecht en IJssel‐delta 

4. Coastal areas (dikes)  

5. Lake area (IJssel lake and Marker lake) 

6. Easter Scheldt (dikes) 

7. Dunes 

For each of the models, different stochastic variables are defined. Which variables are used is stated 

in Table A.1 of (Diermanse, 2016a). In general, it can be said that: 

‐ for the rivers, the discharges and wind conditions are used 

‐ for  the deltas/lower  rivers,  the discharges, wind  conditions  and water  levels of  the water 

bodies (lakes or see) they debouch into are used 

‐ for the sea parts, the water levels and wind conditions are of importance 

Discharge statistics are determined with the GRADE‐model for the Rhine at Lobith and for the Meuse 

at Borgharen. For  the Meuse,  the  influence of dike breaches  in Belgium  is not  included, since  this 

would only have a marginal  influence (Diermanse, 2016a). For the IJssel at Olst the WAQUA‐Rhine 

branches model is used and for the Meuse at Lith the WAQUA model of the Meuse is used. For the 

Vecht  at  Dalfsen  the  discharges  and  confidence  intervals  are  determined  directly  from  the 

measurements. Discharges of more than 800 m3/s are physically  impossible for the Vecht, so  if the 

confidence interval exceeds this discharge it is capped at 800 m3/s. For the prediction of water levels 

Page 19: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  18 

of the Rhine, the influence of emergency measures in Germany is included. If this would not be done, 

the water  levels at Lobith would be underestimated. Based on the historical data, discharge waves 

are calculated for each of the locations (Lobith, Olst, Borgharen, Lith and Dalfsen). For each return 

period,  a  mean  discharge  and  a  95%  confidence  interval  (following  a  normal  distribution)  is 

determined. As an example, the results for the calculations for the Rhine at Lobith are shown in Table 

3 (Diermanse, 2016a). The statistical uncertainty is made explicit by this method.  

Table 3 ‐ Discharges of the Rhine at Lobith with the 95% confidence limits (Adapted after: Diermanse, 2016a) 

Repetition time  Discharge [m3/s]  95% Confidence interval     Lower limit  Upper limit 

2  5,940  5,280  6,600 5  7,970  7,110  8,840 

10  9,130  8,160  10,100 30  10,910  9,730  12,080 

100  12,770  11,400  14,150 300  14,000  12,910  15,100 

1,000  14,840  13,620  16,050 1,250  14,970  13,720  16,230 3,000  15,520  14,060  16,980 

10,000  16,270  14,450  18,100 30,000  16,960  14,750  19,160 

100,000  17,710  15,060  20,350 

 

3.3.2. Probability distributions of strength parameters For all failure mechanisms (‘toetssporen’) combined, there are around 400 parameters that are used. 

Some of these parameters are treated as deterministic parameters in the software corresponding to 

the failure mechanism. This means their uncertainty is considered to be negligible and therefore not 

significant  enough  to  include  in  the  calculations  of  the  (semi)‐probabilistic  approach.  All  other 

parameters are  included as a stochastic variable,  for which  is assumed  that  they are uncorrelated 

between  each  other.  For  each  stochastic  variable,  the  following  information  is  needed  for  the 

calculations: 

1. Type of probability distribution 

2. Average value (μ) 

3. Standard deviation (σ) 

4. Correlation length of the autocorrelation function 

5. Residual correlation of the autocorrelation function 

The  type of probability distribution  is  in  the WBI‐models  included as a “default”, and  it cannot be 

changed.  The  correlation  length  and  the  residual  length  of  the  autocorrelation  function  are  also 

included as “default” and are determined during sessions with experts or are adapted from the VNK2‐

study. The average value and standard deviation of some stochastic variables is included as a “default” 

as well, which cannot be changed. For all other stochastic variables, the assessor has to determine 

their values based on measurements, other data and sometimes expert judgement. 

3.3.3. Semi‐probabilistic and probabilistic approach In the WBI2017 two types of assessments can be applied: the semi‐probabilistic approach and the 

probabilistic approach.  In the probabilistic approach, all possible  failure events are used with  their 

probability of occurring, while  in the semi‐probabilistic approach the assessment  is done based on 

characteristic events. The  semi‐probabilistic approach uses probabilistic  calculations  for  testcases 

Page 20: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  19 

that are chosen strategically (Diermanse, 2016b). Both approaches use the same strength model for 

the  failure mechanism,  the  same  probability distributions  of  the  strength‐characteristics  and  the 

same norm. The input however is different for both approaches. In the semi‐probabilistic approach 

characteristic values are the input, while in the probabilistic approach probability distributions are the 

input. The input variables for the semi‐probabilistic calculation are usually chosen conservative, so the 

result of  the assessment will give sufficient confidence  that  the dike  is as strong or stronger  than 

calculated (Diermanse, 2016a). This means the result of the assessment with the semi‐probabilistic 

method is conservative in most cases, but it is not possible to determine how conservative (Expertise 

Netwerk Waterveiligheid, 2016). There is, however, still a possibility of overestimating the strength if 

a weak  spot  is missed  (Van Stokkum, 2016).  If a  stochastic variable  is  considered  to be  relatively 

unimportant, often  the average  value  is used  for  the  calculation. As  can be  seen  in Figure  7,  the 

characteristic values for strength and the load are always chosen conservative. The strength is chosen 

lower than the mean expected value, while the load is chosen higher than the mean expected value. 

Above that, safety factors are  included  in the semi‐probabilistic test, to make sure that the dike  is 

really safe when approved in the safety assessment (Diermanse, 2016a). 

 

Figure 7 ‐ Characteristic values for strength (Rk) and load (Sk) (Adapted after: Diermanse, 2016a)  

The  output  of  semi‐probabilistic  or  probabilistic  approaches  are  different  as  well.  In  the  semi‐

probabilistic approach, a verdict is given, which says whether the dike complies with the norm or not. 

In the probabilistic approach, the result of the calculation is a failure probability. Based on this failure 

probability it can be determined if the dike complies with the norm or not, and how well it complies 

with this norm (Diermanse, 2016b). This means it becomes possible to give a ranking to the dikes that 

need reinforcement. By doing so, the dikes that have the most severe problems can be reinforced first 

and the dikes with the least severe problems come last (Vrijling, 2001).  

Because a more precise assessment is possible, the probabilistic approach is more desirable than the 

semi‐probabilistic approach. There are however some drawbacks to a probabilistic approach as well: 

(1) it can only be performed by a small group of experts, (2) the methods used are hard to explain and 

are usually experienced as a “black‐box” and (3) sometimes probabilistic analysis are very computing‐

intensive, which limits the applicability (Diermanse, 2016a). 

3.3.4. Safety factors As mentioned before, safety factors are included in the semi‐probabilistic calculations to make sure 

the result is certain enough. It is however also important to choose the safety factors not too strict. 

Otherwise a lot of dikes would be decried unnecessarily. Therefore, the safety factors for the semi‐

probabilistic approach are determined based on probabilistic calculations of strategically chosen test 

cases. The starting point for the determination of the safety factors  is that there has to be as  little 

inconsistency between the semi‐probabilistic and probabilistic approach. This means that the cases 

where the probabilistic approach approves the dike, while the semi‐probabilistic approach decries it, 

have  to  be minimized. Of  course,  complete  consistency  is  not  realistic,  as  the  semi‐probabilistic 

approach is a simplification. 

Page 21: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  20 

If  there  is any  inconsistency between both approaches,  the  semi‐probabilistic approach has  to be 

more conservative than the probabilistic approach. This is based on the fact that cases in which the 

semi‐probabilistic approach decries the dike are less problematic than vice versa, as the probabilistic 

approach is a back‐up in case there are doubts about the result of the semi‐probabilistic approach. If 

the semi‐probabilistic approach approves the dike, there is concluded that the dike is strong enough 

and that the probabilistic calculations are not needed. Therefore, it is undesirable to have the semi‐

probabilistic approach approve the dike, while the probabilistic approach decries it. In practice, the 

semi‐probabilistic approach will be calibrated  in such a way that, the failure probability  is equal or 

smaller than in the probabilistic approach. This means there will be (almost) no cases where the semi‐

probabilistic approach results in a better failure probability than the probabilistic approach.  

3.4. Acceptance criteria Authorities often impose restrictions, in the form of so‐called acceptance criteria, on the engineering 

decisions and operation practice in the regulations of larger projects or operations. Those acceptance 

criteria are meant to keep the occurrence rate of different categories of some adverse events below a 

certain limit. In general, the authorities formulating the acceptance criteria are more concerned about 

getting more severe public  reaction when  there  is a  large number of casualties by one single  rare 

incident  than  to  the same number of casualties accumulated over several  incidents. Governments 

often set those limits very strict. This is a type of risk aversion, which is usually motivated by the fear 

of  authorities  of  being  claimed  responsible  if  a  large  adverse  event  occurs.  This  risk  aversion 

phenomenon should, however, be taken into consideration by the responsible owner of the project or 

operation, instead of the authorities formulating the acceptance criteria. This is especially the case if 

the adverse events have such a rare occurrence that the event will probably happen if the politician 

that set the acceptance criteria does no  longer have the authority (Ditlevsen, 2003; Friis‐Hansen & 

Ditlevsen, 2003).  

The total expected loss can be calculated by (Ditlevsen, 2003; Friis‐Hansen & Ditlevsen, 2003): 

 

In which:    

     

   . .   

In  this  formula,  the  total  expected  loss  and  the  expected  costs of  intervention  are  included. The 

interest rate  is a combination of the monetary capital and the human capital, which will both vary 

between regions and countries (Ditlevsen, 2003; Friis‐Hansen & Ditlevsen, 2003). When determining 

the  optimal  investment,  the  equation  0  has  to  be  solved.  This  result  is  then  used  for  the 

determination of the norms. 

3.5. Failure probability The  failure  probability  that  is  calculated  in  the  assessment  is  considered  to  be  the  ‘real’  failure 

probability. This  is also  called a Bayesian approach,  in which  the probability  is  interpreted as  the 

expectation representing the current state of knowledge (Bernardo & Smith, 1994). This means the 

failure probability as  it  is calculated  is the best estimate of the truth, based on the current state of 

knowledge.  

Page 22: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  21 

The  calculated  failure  probability  is  therefore  considered  to  be  the  ‘true’  failure  probability.  The 

calculated  failure  probability,  however,  will  be  different  if  someone  else  would  perform  the 

assessment, as this other person will use other assumptions (Vrouwenvelder & Vrijling, 2000). The 

calculated failure probability is an estimation of the ‘real’ failure probability, which cannot be known 

(Diermanse, 2016a). The calculated failure probability is a combination of the strength of a dike and 

the uncertainty about the strength of the dike. 

   

Page 23: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  22 

4. Use of WBI2017 The philosophy behind the development of the WBI2017 is translated in methods and procedures that 

have to be used. In this chapter, the methods, specific for piping will be explained into more detail. 

The last part of this chapter consists of the results that were gathered from interviews with experts. 

4.1. Global Stochastic Subsoil schematization (WTI‐SOS) To determine the type of layers and their thickness in the subsoil different strategies are used in the 

Netherlands. Usually a map is made to show the data gathered by Cone Penetration Tests (CPT’s) and 

sounding charts in order to detect patterns in depth‐intervals and to mark the individual observations 

as layer limits. To get a geotechnical profile those layer limits can be interpolated and the results can 

be sketched on a map. In practice such sketches are sometimes used as a direct representation of the 

subsoil and the schematization of the subsoil for the calculations is based on this representation 1‐on‐

1  (Hijma & Lam, 2015). 

To include the uncertainty about the composition of the subsoil in an explicit way, the choice is made 

by the initiators of the WBI to use an alternative approach, which focusses on naming and quantifying 

the uncertainty (see chapter 3). This  is done so that the choices made  in the schematization of the 

subsoil become more objective and rational. For each section of dike the subsoil is schematized with 

a number of ‘subsoil scenarios’, or WTI‐SOS scenarios, which each have a probability of occurring. The 

probabilities for each scenario are based on the observations  in the area and on the  insights  in the 

system of the subsoil (Kruse & Hijma, 2015).  It  is possible to adjust these scenarios, based on own 

measurements by the dike manager. 

In  the  WTI‐SOS  the  subsoil  of  the  dike  is  presented  with  subsoil  composition  scenarios  for 

predetermined dike sections. Each of those scenarios is assigned a probability that this scenario will 

be found in that dike section if, for example, a CPT is performed in the area. The assigned probabilities 

are based on direct measurements and knowledge about the subsoil in the area, such as historical and 

geological knowledge. In total 43 different units are defined in the WTI‐SOS. Those units describe the 

composition of the layers that can be found. Each scenario consists of a number of those units. The 

units each get a code based on their properties. In Table 4 the meaning of those codes is shown. The 

first  letter  describes  the  stratigraphy  of  the  layer.  The  second  letter  describes  the  depositional 

environment on a regional scale. The third letter describes the depositional environment on a local 

scale and the fourth letter describes the properties of the material. For example, the code H_mg_zk 

means that the layer is deposited in the Holocene, in a marine environment, in a gutter and consists 

of clayey sand. A scenario consists of multiple units with a certain thickness. On average, there are 

ten scenarios defined for each dike section. There are however also dike sections with only 2 scenarios 

and dike sections with up to 26 scenarios as well. The probabilities that are given to each scenario are 

based on: (1) the relative frequency of occurring in a CPT and/or borehole, (2) characteristic size of a 

unit (for example a gutter with a known width) and (3) how often a unit with a certain size can occur 

in a segment of a known length. The probabilities that are determined for each of the scenarios are 

classified from “very small chance” to “present everywhere”. For each class, indicative probabilities 

are determined. For units that have a very low probability of occurring, the relevance is determined. 

A very thin clay layer with a low probability of occurring, for example, is very relevant for piping, while 

a sand layer of 6 meters, which in some cases has a thickness of 7 meters is not relevant (Diermanse, 

2016a). Therefore, the thin clay layer will be included in a separate scenario, while the thicker sand 

layer will not be include in a separate scenario (Diermanse, 2016a). 

Page 24: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  23 

Table 4 ‐ Codes for the WBI‐SOS units (Hijma & Lam, 2015) 

 

4.2. Calculation and models The  WTI‐SOS  is  used  as  the  input  for  the  D‐Soil  Model.  This  is  the  software  used  for  the 

schematization of the subsoil. In the WTI‐SOS, the subsoil is schematized, in subsoil segments, which 

are  dike  sections with  similar  subsoil  schematizations.  These  schematizations  are  built  up  from 

several subsoil profiles. These profiles are consisting of ground layers, in which every layer consists of 

a  certain material with  its  respective  parameters  (Deltares,  2016).  Based  on measurements,  the 

segments, the profiles and the parameters of the ground  layers can be adjusted to meet the data 

retrieved  from  the measurements.  In  the D‐Soil Model other data,  such as elevation metrics and 

characteristic points are added (Deltares, 2016). 

When  this  is done,  the subsoil schematizations can be  loaded  into RisKeer  (previously Ringtoets), 

which  is the software for the calculations of the WBI. Together with the profile of the dike and  its 

characteristic points, the schematizations and data from D‐Soil Model (which includes parameters for 

the different layers of the subsoil) can be used to calculate the failure probability. In the result of the 

calculation,  three  failure  probabilities  are  shown  (Deltares,  2017).  The  three  failure  probabilities 

belong  to  the probability of occurring of uplift, heave and  receding erosion  respectively. The  final 

result is one failure probability for piping for this dike section, which is the smallest failure probability 

of either three of the sub‐failure mechanisms (Deltares, 2017).. 

4.3. Length effect The length effect plays an important role in the WBI2017. The length‐effect means that a longer chain, 

or in this case a longer dike trajectory, has a higher probability of having a weak link (Vrijling, 2001). 

According to the ENW Piping, the length‐effect is a physical reality. This means it is mainly influencing 

the failure mechanisms, for which the strength is determined by the conditions of the subsoil, which 

vary along the dike trajectory (Rosenbrand, 2017). Piping is such a failure mechanism as well, which 

means that the length‐effect influences the failure probability for piping. The probability that piping 

occurs along a dike at trajectory level becomes 5 to 10 times larger by the length‐effect compared to 

the probability of piping along a dike on dike section level (Rosenbrand, 2017).  

As  described,  the  allowed  failure  probability  for  a  dike  trajectory  is  first  divided  over  the  failure 

mechanisms  based  on  the  failure  probability  estimation.  After  that,  the  failure  probability  on 

trajectory  level per  failure mechanism,  is divided over  the dike  sections per  failure mechanism by 

Page 25: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  24 

using  the  length‐effect  (Rijkswaterstaat Water, Verkeer  en  Leefomgeving,  2017c). By  doing  so  a 

maximum allowed failure probability per dike section per failure mechanism is calculated, as can be 

seen in Figure 8. 

 

Figure 8 ‐ Length‐effect (Adapted after: Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c) 

With the inclusion of the length effect it is tried to exclude the uncertainty about weak spots in a dike.  

After the failure probability of each failure mechanism per dike section is calculated the results can be 

combined  into one  failure probability per dike trajectory. This process  is called  ‘assembling’ and  is 

explained in Appendix B. 

4.4. Relevant uncertainties In the WBI2017, not all relevant uncertainties are included in the assessment. In the interviews with 

experts, several uncertainties came up that are not (yet) included in the assessment at this moment.  

One expert stated that all uncertainties that are known are included. If there are uncertainties that 

have  been missed,  we  do  not  know  that.  According  to  two  other  experts,  there  are  still  some 

uncertainties  that  are  not  included  in  the  assessment.  These  uncertainties  are  known,  but  the 

methods to implement these uncertainties are lacking. They are kept in mind, but it is not possible to 

apply them (yet). These uncertainties, however, do have a significant influence on the result of the 

assessment. 

According  to  another  expert,  the  time  dependence  has  to  be  included  in  the methods.  This  is 

important in the areas where tides influence the water levels. According to Diermanse (2016b), this 

will be  implemented  in  the methodology  in 2019. Besides  the  time dependence, also  the damage 

caused by digging in a dike, for example, could be included according to another expert. It is however, 

very  difficult  to  implement  such  an  uncertainty.  Besides  that,  the  influence  on  the  result  of  the 

assessment will be very minimal. If such damage occurs, it will be on a very local scale, which makes 

it hard to measure. According to the last expert, it should be possible to include different progress of 

the high water, which would cause a longer relevant load. As a last source of uncertainty, the presence 

or  absence  of  sludge with  high water  velocities was mentioned. The  sludge  is  important  for  the 

intrusion resistance of the water into the soil.  

4.5. Use by experts During the interviews with experts from Water Boards it has become clear that different Water Boards 

use the WBI methods differently. Besides that, not every Water Board is equally experienced in the 

discovery of how  it works. One expert  indicated  that every user will make different choices  in  the 

Page 26: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  25 

schematization of a dike. This causes that there will always be some subjective part in the result of 

the assessment. As the schematization is done by people, there will always be some subjectivity to it. 

The  subjectivity  is,  however,  kept  as  small  as  possible  by  using  as many  prescribed methods  as 

possible. This is also in line with the philosophy of the WBI, which states that the assessment has to 

be done as objective and  rational as possible  (see chapter 3). Besides  that, an assessor might use 

different assumptions in the schematization of a dike for different failure mechanisms. At one Water 

Board, they are trying to automate the process as much as possible. By doing so, it becomes possible 

to  perform  sensitivity  analysis. With  these  sensitivity  analysis,  it  can  be  investigated what  input 

influences the assessment result the most and therefore, where investment would be useful. 

At another Water Board, they indicated that the schematization is done in a conservative way for each 

failure mechanism.  By  using  a  conservative  approach,  they  try  to  stay  on  the  safe  side  of  the 

assessment. Yet another Water Board does not use the WTI‐SOS. They use their own measurements, 

which  are  translated  into  scenarios.  This  is  done  using  the  same methods  as were  used  for  the 

development of the WTI‐SOS. They, however, find their own measurement to be more accurate than 

the scenarios proposed in the WTI‐SOS. 

Finally, one Water Board  is not able to use the WBI methods. As their management area  is highly 

influenced by tides, time dependence has to be included, but that is not yet possible with the current 

methods. For now,  they will have  to use  the  ‘customized assessment’, but  from 2019 on  it will be 

possible to use the WBI methods. The WTI‐SOS the WBI‐method, but there are more methods for 

other failure mechanisms2.    

                                                                   2 For more information on these methods, see (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017b, 2017c) 

Page 27: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  26 

5. Acceptability of uncertainty In this chapter, the acceptable level of uncertainty will be identified. First, the term ‘acceptable’ will 

be defined. Second, the acceptable  level of uncertainty  in the safety assessment for piping will be 

identified. 

5.1. Definition of acceptable The term ‘acceptable’ can be defined from two different points of view. The first point of view is from 

the assessors at the Water Boards. Five of the interviewees are assessors from Water Boards. One of 

them indicated that it is highly dependent on the costs and benefits of the reduction of uncertainty if 

it  is acceptable or not.  If  the costs of additional  research exceed  the possible benefits of  reducing 

uncertainty, the current level of uncertainty should be accepted and a reinforcement project has to 

be started. An expert from another Water Board  indicated that a result  is acceptable  if uncertainty 

does not have a significant  influence on that assessment result. As an example, uncertainty of ten 

percent for wave height is rather accurate and does not have a significant influence on the assessment 

result if that level of uncertainty applies. Therefore, this kind of uncertainty would be acceptable.  

Three  other  experts  from  different Water  Boards  indicated  that  the  result  of  an  assessment  is 

acceptable if the methods and procedures as prescribed in the WBI are followed. With the methods 

and procedures, they meant the methods and procedures as prescribed for the detailed assessment. 

If  these methods  and procedures  are  followed,  the  assessment  and  the  result of  the  assessment 

complies with the prescriptions of the WBI and therefore it complies with Dutch Law. 

From  the  experts  that  were  involved  with  the  development  of  the  WBI,  one  stated  that  all 

assessments are done with the same methods and procedures. Therefore, the  level of uncertainty 

does  not matter  for  comparison  between  different  stretches  of  dike.  Even  if  the  result  is  highly 

uncertain,  it  is still possible  to compare  results, as  they are all obtained using  the same methods. 

Based  on  these  results  an  estimation  can be made  of what dikes  has  to  get  the  highest  priority 

compared to other dikes.  

5.2. Acceptability of uncertainty Based on the statements of the interviewees and the information gathered in the previous chapters, 

three main  boundary  conditions  can  be  identified  in  the  acceptance  of  uncertainty.  These  three 

boundary  conditions will  have  to  be  satisfied  to  be  able  to  declare  a  result  of  an  assessment  as 

acceptable. These three boundary conditions are listed below.  

1. The assessment is done according to the methods and procedures prescribed in the WBI2017 

for the detailed assessment 

2. The result of the assessment is reliable and traceable 

3. There  is  at most  a medium  level  of  uncertainty  in  strength  or  load  and  a  small  level  of 

uncertainty in strength and/or load 

5.2.1. Process In  the  interviews  that were held,  three of  the experts  indicated  that a  result and  its uncertainty  is 

acceptable as long as the procedures prescribed in the WBI are followed. Therefore, this is the first 

boundary  condition  for  an  acceptable  result  of  the  safety  assessment. When  the methods  and 

procedures of the WBI2017 are followed, the result of the assessment complies with Dutch Law.  

 

 

Page 28: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  27 

The methods as prescribed in the WBI consist of three steps (Helpdesk Water, 2017b), namely: 

1. Simple assessment 

2. Detailed assessment 

3. Advanced assessment 

The three different steps are also shown in Figure 9. As can be seen, the steps are going from a very 

generic and coarse level towards a detailed and location specific level. 

 

Figure 9 ‐ Steps in the safety assessment (Adapted after: Helpdesk Water, 2017) 

In the advanced assessment, the calculation rules and failure probability estimation of the detailed 

assessment  do  not  have  to  be  used  anymore  (Rijkswaterstaat Water, Verkeer  en  Leefomgeving, 

2017b). The assessor  is free to use whatever method and calculation rules seem to fit the situation 

best. If such a customized assessment is used, however, it has to be justified to the Minister why this 

method was used and how it was executed. It depends on the type of analysis what information has 

to  be  reported.  If  the  assessor  does  not  agree with  the  result  of  the  calculations  based  on  his 

knowledge and experience for example, the assessment has to be substantiated with measurements 

and/or historical data (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017b). An explanation of 

the different steps of the safety assessment can be found in Appendix A. 

5.2.2. Data The second boundary condition  is considering the  input data of the assessment. The results of the 

assessment have to be “reliable and traceable”  (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 

2017b).  It  is  the  responsibility of  the assessor  to ensure  this. The  traceability of  the  results of  the 

assessment is ensured by the way the result has to be reported towards the Minister. How this has to 

be done  is prescribed  in the WBI2017  in  ‘Regeling veiligheid primaire waterkeringen 2017; Bijlage  I 

Procedure’. 

For the reliability of the result there  is  less  information given. The prescriptions only state that the 

“relevant information has to be collected before the schematization, but this does not have to be done 

exhaustive” (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c). This means that there has to 

be  enough  data  of  good  quality  for  the  input  parameters,  as  the  quality  of  the  results  of  the 

assessment are dependent on the quality of the input for a large part. The quantification of ‘enough 

data’ and ‘good quality’, however, is unknown. It is not stated how many measurements have to be 

done  and with what  kind  of  accuracy  they  have  to  be  performed.  This  is  left  to  the  assessor  to 

determine when the input data, and with that the result of the assessment, is reliable enough. This 

means  the  assessor  is  responsible  for  delivering  a  ‘reliable  and  traceable’  result.  Especially  the 

Page 29: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  28 

traceability  of  the  result  ensures  that  the  result  can  be  reproduced  by  other  assessors  to  check 

whether the result is reliable or not. 

5.2.3. Uncertainty in strength and load The third boundary condition is the (un)certainty in load and strength. To identify what uncertainty 

might be acceptable in the result for load and strength interviews were held with experts. The experts 

ranked the presented scenarios  from one to nine. Based on their answers an average ranking was 

calculated, which is shown in Table 5. As can be seen, certainty in load as well as strength is considered 

very important. All experts agreed on the most acceptable scenario, which is a scenario with a small 

curve for the load as well as the strength. This means that there is a high level of certainty in load and 

strength. The second‐best scenario would be with a medium dispersion of the curve for the load and 

a small curve for the strength. This scenario  is, on average, ranked higher than the scenario with a 

small curve for the load and a medium dispersion in strength. In general, this is true for all contrary 

scenarios. From this it can be concluded that the interviewed experts consider certainty in strength to 

be more important than certainty in load.   

Table 5 ‐ Level of uncertainty in nine scenarios and their averaged ranks 

Scenario  Load  Strength  Average rank 

1  Small  Small  1 

2  Medium  Small  2.5 

3  Small  Medium  3.25 

4  Medium  Medium  4.75 

5  Large  Small  5 

6  Small  Large  6.25 

7  Large  Medium  6.25 

8  Medium  Large  7 

9  Large  Large  9 

 The results of the  interviews are shown  in the diagram of Figure 10. The answers show quite some 

spreading. Especially in the scenarios with lower rankings and where certainty in load and strength 

are far apart, the dispersion is remarkable.  

Page 30: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  29 

 

Figure 10 ‐ Results of the interviews, the order of the scenarios is based on their average rank 

From the results of the interviews it can be concluded that the result of the assessment is acceptable 

if the load as well as the strength have at most a medium dispersion of their curves. This is, however, 

an absolute minimum. As can be seen in Table 5, the average rank of the scenario in which the load as 

well as the strength has a medium dispersion, is quite far from the first three scenarios. Therefore, it 

is a wish that at least the strength or the load has a small curve.  

5.3. Analysis In  this paragraph  the  results of  the  interviews will be  further analyzed. The  first part  is about  the 

achievability of the defined acceptability of the previous paragraphs. The second part will be about 

the acceptable level of uncertainty. 

5.3.1. Achievability of ‘acceptable’ In  paragraph  5.1  the  term  ‘acceptable’  has  been  defined  based  on  expert  opinions.  The  experts 

indicated that the result of an assessment, and with that its uncertainty, is acceptable as long as the 

methods and procedures prescribed  in  the WBI are  followed. Since  it  is possible  to use whatever 

method seems applicable in the customized assessment, it is assumed they mean the methods and 

procedures of the detailed assessment. In this detailed assessment for piping the calculation rule of 

Sellmeijer plays an important role (see Appendix E). In 2011, the calculation rule of Sellmeijer has been 

improved,  based  on  experiments.  This  new  (or  improved)  calculation,  combined  with  the  new 

methodologies  of  the WBI2017  causes  that  there  is  little  experience with  and  insight  in  the  new 

methods. Therefore, there  is also  little  insight  in the uncertainties that come with the assessment 

Page 31: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  30 

result and the  influence of these uncertainties on the assessment result. The experts do, however, 

indicate that they find it acceptable if there is as much certainty in load and strength as possible.  

The used scenarios showed a situation with a standard deviation of the normal distribution which was 

half (for the small curve) or double (for the large curve) of the medium curve. From the average ranks 

of paragraph 5.2.3 it is clear that the scenarios where at least the load or the strength has a medium 

uncertainty  are  considered  ‘acceptable’.  Since  it was  only  asked  to  the  interviewees  to  rank  the 

scenarios and not to indicate if they found the presented scenarios acceptable at all, it is difficult to 

draw conclusions from this. It can only be concluded that the interviewees find a situation with more 

certainty  more  acceptable  than  a  situation  with  less  certainty.  This  is  in  compliance  with  the 

philosophy behind the norms, as the philosophy states that a result should be  ‘reliable’. A reliable 

result can only be achieved when there is a certain level of certainty about the input and the results. 

Besides that, the scenarios with more certainty  in strength are ranked higher on average than the 

scenarios with a more certain load than strength. 

The research of Van Stokkum (2016), however, shows that a high level of certainty in strength cannot 

be reached using the current methods and models. Even if there is a measurement every meter, there 

will always remain a significant level of uncertainty. This uncertainty is caused by the schematizations 

and models used. As Van Stokkum (2016) and Sellmeijer et al. (2011) state, the model of Sellmeijer is 

developed and calibrated on same scale  laboratory  tests  for quite homogeneous  types of sand.  In 

reality however, the layers are not that homogeneous (Van Stokkum, 2016). With the addition to the 

formula in 2011, the outcome of large scale experiments, such as the IJkdijk tests, are quite good as 

long as the subsoil consists of fine sand. If the subsoil consists of coarse sand, the model performs not 

that good  (Sellmeijer et al., 2011). An  important conclusion  from  this  is  that,  if better performing 

models  would  be  available,  it  may  become  possible  to  achieve  the  defined  acceptability  of 

uncertainty. With the current models and methods, however, this is not possible.  

5.3.2. Acceptable level of uncertainty Based  on  this  research  it  is  not  possible  to  quantify  the  acceptable  level  of  uncertainty  in  the 

assessment  result  for  piping.  It  is  however  possible  to make  a  number  of  qualitative  statements 

regarding the acceptable level of uncertainty.  

The  cases  used  in  this  research  all  had  the  same  failure  probability.  This  was  also  said  to  the 

interviewees. They did, however, still  indicate a ranking  from the most acceptable scenario to the 

least acceptable scenario. This would be  logical  if the mean of the strength would have stayed the 

same, as shown in Figure 3. In the interviews however, the cases used did not all have the same mean. 

This means that, even though all scenarios had the same failure probability, the interviewed experts 

prefer more certainty about the result. 

In  general,  the  experts  indicated  that  all  relevant  uncertainties  are  included,  except  for  the  time 

dependence.  This  also  complies  with  the  philosophy  behind  the  norms,  which  states  that 

uncertainties are included more explicitly. From 2019, time dependence will be included as well, which 

means that from then all known relevant uncertainties are included. 

The  interviewed  experts  find  three  factors  important, which  is  that  the  prescribed methods  are 

followed, that the result is reliable and traceable and that there is as much certainty as possible about 

the load and the strength. This also complies with the philosophy behind the WBI2017. The philosophy 

states that the calculated failure probability is the ‘real’ failure probability. To be able to approach this 

in such a way it is important to follow the right procedures and to have input that is of good quality. 

Page 32: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  31 

By having that, it is ensured that the differences in the assessment results of different assessors are 

as small as possible.  

Based on this research the acceptable level of uncertainty cannot be quantified. Qualitatively it can 

be said that the result of an assessment is acceptable if the methods of the detailed assessment have 

been followed, the result is ‘reliable’ and ‘traceable’ and there is as much certainty as possible about 

the strength and the load. As stated in paragraph 5.3.1, the wanted level of certainty about the load 

and strength cannot be obtained with the current models and methods. Therefore, other methods 

and models will  have  to  be  investigated  to  get methods  and models  that  have  less  uncertainty. 

Uncertainty in the result means that the result that is calculated can be different from the real failure 

probability, which  causes  that a dike  that  is approved  is weaker  than expected. This means  that, 

according to the calculations the dike complies with the norm, while in reality it does not. The other 

way around it can be the case that a dike is decried, while in reality it is strong enough to comply with 

the norm. That would mean that the dike is reinforced, while that is not necessary. The money and 

time  spent on  this unnecessary  reinforcement  should have been  spent on a dike  that needed  the 

reinforcement more. Therefore, it is important to ensure that the uncertainty in the assessment result 

for load as well as strength is as small as possible. 

 

 

 

   

Page 33: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  32 

6. Discussion Before drawing the final conclusions, the methods and results of this research will be discussed. 

6.1. Methods The methods used in this research are a literature study for the first part and interviews for the second 

part. The literature study was used to identify the theoretical input for the interviews. This has seemed 

to  be  a  decent method  for  the  research  questions  posed  at  the  start  of  the  research.  There  are 

however, some points of improvement. 

Firstly, the visualizations used for the interviews are not based on a real case. This made it difficult for 

some of the interviewees to interpret the figures. During the interviews it became clear, that location 

and surroundings of a dike are very important factors for the accepted uncertainty. To determine a 

quantitative acceptable level of uncertainty, several realistic cases have to be used. These cases would 

have to be at different locations, with significantly different characteristics to be able to generalize 

the outcome. Besides that, the interviewees did not look at the bandwidths very much. The main input 

they used for their decision was the shape of the curves of the load and strength. Therefore, it might 

be interesting to see if the answers would change if the shape of the curves would be kept the same, 

but the bandwidths would change. 

Secondly, the number of interviews done for this research is, due to time, limited to only seven. Of 

these seven interviews, only five were held at Water Boards. For the qualitative part of the interviews 

the  number  of  interviews  is  sufficient.  For  the  quantitative  part  (questions  8‐11),  however, more 

interviews would be useful. Since the Water Boards are the organizations that have to comply with 

the WBI2017, it would be useful to have more input from different Water Boards than the five used 

now. To have a better insight in the acceptability of uncertainty in the assessment for piping, an expert 

from all Water Boards  should be  interviewed.  It  could be possible  that experts  from other Water 

Boards  have  a  different  opinion,  for  example  because  there  is  a  different water  system  in  their 

management  area.  Besides  that,  the  representativeness  of  the  research would  improve  if more 

interviews with experts would be used. In this research, most interviewees were employees of a Water 

Board.  It  is,  however,  very  well  possible  that  employees  of  other  organisations,  such  as 

Rijkswaterstaat,  consultancy  firms  or  knowledge  institutes  have  a  different  opinion  on  the 

acceptability of uncertainty. 

As stated in the methodology, during the interviews, the questions 8 and 9 were dropped. By dropping 

these questions  there has not been obtained  an  answer  to  the question  if  the  experts  found  the 

scenarios acceptable at all. They only ranked the scenarios from most acceptable to least acceptable. 

It  is however possible  that  they did  find none of  them  acceptable. Therefore,  in  future  research, 

questions 8 and 9 have  to be  included, or a question  specifically asking  the experts  if  they  find  it 

acceptable has to be added. 

When  interviewing experts, the possibility of bias has to be considered. For this research there are 

three types of bias that might have had an influence. These three types are motivational bias (Van Der 

Sluijs et al., 2005), overconfidence bias (Kloprogge et al., 2007) and confirmation bias (Kloprogge et 

al.,  2007).  When  interviewing  experts,  they  are  likely  to  have  an  overconfidence  bias.  They 

overestimate their own knowledge and abilities (Kloprogge et al., 2007). In this study that could be 

the case as well, since the experts had to judge their own level of expertise. Besides that, there is the 

possibility  of  a  confirmation  bias.  This means  that  an  interviewee  is  filtering  out  information  to 

support their own opinion. In this study, confirmation bias is not likely to be influential, since there 

was not much information given to the interviewees. As a last type of bias there is the motivational 

Page 34: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  33 

bias. Water  Boards  have  to  pay  for measurements, while  the  Dutch  state  is  paying  (partly)  for 

reinforcement measures (Waterschap Brabantse Delta, 2017). This might cause the interviewees from 

the Water Boards to answer the question of the interviews in such a way that reinforcement measures 

are more likely to be beneficial. For example, accepting more uncertainty could mean less investment 

in measurements, but more  investment  in reinforcing dikes. However, since  the cases used  in this 

research were  theoretical  it  is  not  likely  that motivational  bias  has  influenced  the  results.  If,  as 

suggested before,  real world cases would be used,  this could become a problem  that has a great 

influence on the results. 

6.2. Results As mentioned, the  results are based on a  limited number of  interviews. Besides that, some of the 

interviewees  indicated they found  it hard to appoint an acceptable  level of uncertainty, due to the 

novelty of the methods and procedures. Currently, they are trying to figure out what the influence of 

the new methods and procedures is. 

Most interviewees indicated that the level of uncertainty does not matter, as long as the assessment 

is done according to the prescribed methods and procedures. If a dike does comply with the norm, 

the  level of uncertainty does not matter. However,  if this  is not the case, a more certain  load and 

strength  is wanted.  From  the  interviews  it  became  clear  that  certainty  in  strength  is  considered 

slightly more important than certainty in load. This is probably caused by the influence dike managers 

can apply on the certainty in strength by doing more and other measurements. The load is based on 

historical data. Doing more measurements to improve uncertainty in the load is therefore impossible. 

In  the  philosophy  behind  the  development  of  the WBI2017  it  was  stated  that  uncertainties  are 

included in a more explicit way. This was done to make the influence of these uncertainties clearer 

and  to make sure assessors are aware of  the uncertainties. During  the  interviews, however,  it has 

become clear that some of the experts find the new methods very complicated and therefore they are 

not  fully aware of the  influences uncertainties have on the results.  It  is however necessary to  fully 

understand  the methods  and  procedures  in  order  to  give  a  proper  assessment.  Therefore,  it  is 

important to check the understanding of the methods and the used statistics. Due to the newness of 

the methods it is not yet possible to determine if the methods and statistics will be implemented in 

the  right  way  or  that  they  are  too  complicated  for  the  assessors  to  fully  understand  and  use. 

Therefore, it is important to keep this in mind and see in a year or two whether the methods are fully 

understood and used in the right way. If this is not the case solutions for this problem will have to be 

found and the question might arise if these new methods have contributed to the goal of water safety.  

Another part of the philosophy is that the calculated failure probability is considered to be the ‘real’ 

failure probability. That means that all assumptions made, must be made conscious and by being fully 

aware of the consequences of these assumptions. However, because not all experts are aware of the 

different types of uncertainties and the methods, the results of the assessment are considered to be 

the ‘right’ result. There is, however, no feeling for the reliability of that result and what the uncertainty 

of that result is. Subsequently, this result is presented as the ‘real’ failure probability, while the level 

of uncertainty around  the  result  is unknown and  therefore neglected. Therefore, assessors of  the 

water safety should be made aware of the uncertainties in the result. Besides that, it should be made 

sure that assessors are understanding the methods they have to use, so they get a feeling for what a 

certain result means. 

Several experts  indicated  that  the  result of a  safety assessment  is acceptable  if  the methods and 

procedures that are prescribed in the WBI2017 are followed. Indeed, the methods should be followed, 

but  this  is  never  the  only  criteria  to determine  if  a  result  can be  considered  acceptable. Besides 

Page 35: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  34 

following the methods and procedure, there has to be enough input data of a certain, good, quality. 

Besides that, there has to be certainty about the result for the load and the strength. Following the 

methods and gathering ‘enough data of good quality’ as such seems achievable, but having certainty 

about the load and strength is not. The load is determined by extrapolation of historical data, which 

means there will always remain a certain level of uncertainty. The resistance (or strength) of a dike 

against piping  is highly dependent on the subsoil.  In the Netherlands, the subsoil  is heterogenic  in 

most places, while in calculations homogenic subsoils (from laboratories) are used. One of the experts 

indicated that a heterogenic subsoil might actually contribute to the resistance against piping, since 

the  change  in  type of  subsoil make  the pipe  longer or  stops  the pipe  completely. Therefore,  it  is 

important  to  investigate  the  influence of heterogenic and homogenic  subsoil. Besides  that, other 

measurement techniques should be used for the determination of the type of subsoil underneath a 

dike. By using other techniques, the certainty about the strength of a dike could be approved.  

The results of this research are specific for piping. Since the results are gathered using theoretical 

cases, it is difficult to generalize this for real world cases. The methods used in this research however, 

can be used on real world cases. By doing so on many real‐world cases, it would become possible to 

generalize  these  results  and  define  a  general  accepted  level  of  uncertainty,  either  per  failure 

mechanism or generalized for all failure mechanisms. 

 

 

   

Page 36: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  35 

7. Conclusion and recommendations In this chapter, the final conclusions to this research will be drawn and some recommendations will 

be  given  for  future  research  as  well  as  regarding  the methods  and models  used  for  the  safety 

assessment of a dike. 

7.1. Conclusion The philosophy of the WBI 2017 consists of two main parts. The first part contains the uncertainties 

of the safety assessment and the way these uncertainties should be included in the safety assessment. 

In the WBI2017 this is in a more explicit way than it was done before. The interviewed experts agree 

with that. They indicated that, in their opinion, all relevant uncertainties are included in the methods 

of  the WBI2017,  except  for  time dependency. Time dependency however, will be  included  in  the 

methods in 2019. From 2019 all relevant uncertainties that can be included in the methods and models 

are included. 

The second part of the philosophy  is that the assessment result has to be  ‘reliable’ and  ‘traceable’. 

This is realized by making the assessment as objective and rational as possible. One way of doing so 

is by including uncertainties in a more explicit way, for example by using the WTI‐SOS. This WTI‐SOS 

is used for the schematization of the subsoil. It uses different scenarios for the subsoil to include the 

uncertainty about the subsoil. The experts agreed on this, as they stated that an assessment result is 

acceptable for them if the methods and procedures prescribed in the WBI are followed. By following 

these methods and procedures, the assessment result also complies with the conditions Dutch Law 

puts on the safety assessment. 

There  are  however  still  uncertainties  and  unclarities  about  the methods  and  procedures  of  the 

WBI2017. Many Water Boards are still finding out what has changed and what the influence of these 

changes  is or will be on  the safety assessment  they have  to do. This also means  there  is a  lack of 

experience with and insight in the methods and especially in the uncertainties that are now included 

explicitly. If there is a lack of experience with these factors, the assessment result cannot be valued in 

the right way. This can cause a wrong interpretation of the calculation result, and with that a wrong 

assessment result. 

According  to  the  philosophy  of  the WBI2017  and  the  interviewed  experts,  there  are  three main 

conditions an assessment  result has  to comply with  to be acceptable. Firstly,  the  result has  to be 

obtained using  the methods  and procedures prescribed  in  the WBI2017. Second,  the  assessment 

result has the be ‘reliable’ and ‘traceable’. As a last part, the assessment result, which is the calculated 

strength and calculated  load, has to be as certain as possible. The research of Van Stokkum (2016) 

showed, however, that such a level of certainty is not possible with the current methods and models. 

One reason for that is that the model of Sellmeijer is used for the calculations on piping. This model 

is calibrated with small scale laboratory test in homogeneous subsoil, while in reality the scale is much 

larger and the subsoil is way more heterogenic. In 2011, the calculation rule has been improved with 

larger scale experiments, such as the IJkdijk, but this was still in a controlled environment. To be able 

to reduce the current levels of uncertainty to an acceptable level, new models and methods will have 

to be investigated. 

The  interviewees  indicated  that  there are still unclarities about  the methods and procedures. This 

unclarity  causes  that  the  assessors  lack  insight  into  the  uncertainties  and  their  influence  on  the 

assessment result. In the near future, however, the experience with and the insight into the methods 

will grow. This will also cause that the insight in what the assessment result mean will grow. It is likely 

that in a couple of years the Water Boards will also have more insight in wat the uncertainties that are 

Page 37: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  36 

included mean and what influence these uncertainties have. This is, however, something that has to 

be kept in mind when looking at assessment results. Due to the lack of experience the assessors might 

have with the new methods, the results of the assessment can be unreliable. If this experience and 

insight will not grow  in the near future, the  interpretation of the results  is also not really possible. 

Besides  that,  the  uncertainties  are  then  included  in  the methods  and  the  assessment,  but  the 

assessors  have  no  idea what  their  influence  is. With  that,  the  philosophy  of  the WBI2017  is  not 

accomplished and the methodology is not reaching its intended goal. 

The interviewees also indicated that the result of the assessment regarding load and strength has to 

be as certain as possible (Figure 10). It can be concluded that the result of the assessment is acceptable 

if the load as well as the strength have at most a medium dispersion of their curves. Together with the 

results presented in Table 5, the average rank of the scenario in which the load as well as the strength 

has a medium dispersion, is quite far from the first three scenarios. Therefore, it is a wish that at least 

the strength or the load has a small curve, while the other one has at least a medium curve.  

7.2. Recommendations With respect to future research it is recommended to do more interviews to identify the acceptable 

level of uncertainty. Due to time  limitations,  it was not possible to conduct more  interviews  in this 

research for the quantitative part (questions 8 through 11). The results of more interviews, however, 

might give a different insight in the acceptability of uncertainty. As mentioned by the interviewees, it 

is  highly  dependent  on  location  and  surroundings  of  a  dike what  level  of  uncertainty might  be 

accepted. Therefore, it will be useful to conduct additional interviews with experts of Water Boards. 

Especially the Water Boards that have not been considered  in this research might have a different 

opinion, as their water system might be different from the Water Boards used for this research. 

Furthermore, the use of real world cases for the visualization of uncertainty might help to make the 

concept better understandable for the interviewees. As said, location and surroundings of a dike are 

important factors in the assessment. Therefore, real world cases give a better view on the matter. If 

several different dikes at different  locations would be used the  results could be generalized  for all 

dikes  in the Netherlands  later  in the process. These different  locations will have to have different, 

known, uncertainties. By using a variety of situations, some with large uncertainties and other with 

small uncertainties it will become possible to generalize the results. When using real world cases, the 

addition of a  failure probability can give more  insight. By  specifically mentioning what  the  failure 

probability  for  a  certain  case  is,  it  can  be  investigated  if  there  is  a  difference  in  acceptability  of 

uncertainty between dikes with a high norm versus dikes with a lower norm. 

In this research only piping was considered. In the interviews it was also clearly mentioned that the 

cases presented were regarding piping. It might be interesting to see if the level of uncertainty that is 

accepted  changes  for  other  failure  mechanisms.  It  could  be  the  case  that  for  different  failure 

mechanisms  other  uncertainties  are  important.  It  could  also  be  the  case  that  for  some  failure 

mechanisms more  uncertainty  is  accepted  than  for  other  or  that  (un)certainty  in  either  load  or 

strength is considered more important for other failure mechanisms. It would be interesting to know 

if there is any differentiation between failure mechanisms, so research can be prioritized for the failure 

mechanisms.  

A last recommendation is to investigate in one or two years what level of uncertainty is accepted. At 

that time, the Water Boards will have used the methods and procedures and they will have experience 

with them. The experience with the methods and procedures will ensure that the interviewees have a 

feeling  for  uncertainties  in  the methods  and  the  results.  The  results  of  the  interviews  could  be 

Page 38: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  37 

different  in  a  couple  of  years  if  the  methods  and  procedures  are  fully  incorporated  into  and 

understood by the Water Boards. 

With respect to the methods and the use of these methods, some recommendations can be made as 

well. At this moment, most Water Boards are finding out how the new methods have to be used and 

what the influence of the WBI2017 is on the assessment results. To get to a  ‘reliable and traceable’ 

assessment result, however, it is very important to fully understand the methods and to have insight 

into the influence uncertainties have on the assessment result. Therefore, it is recommended to have 

some kind of check on the understanding of the methods by the assessors. This can, for example, be 

done by having a course and a subsequent test for the assessors. 

As mentioned before,  research will have  to be done  into alternative methods and models  for  the 

assessment of a dike on piping. As  is shown  in this research, experts/assessors from Water Boards 

would like to have more certainty in the assessment result, but as Van Stokkum (2016) stated, this is 

not possible with the current models and methods. Therefore, new models and methods have to be 

investigated in order to get to the level of uncertainty that is acceptable for the experts/assessors. 

In this research, the levels of uncertainty have only been quantified by ‘small’, ‘medium’ and ‘large’. In 

future research it will however be useful to quantify this. For example, the ‘small uncertainty’ can be 

set  at  5% uncertainty,  the  ‘medium uncertainty’  can be  set  at  30‐40% uncertainty  and  the  ‘large 

uncertainty’ can be set at 80‐100% uncertainty. By quantifying the levels of uncertainty, the results of 

the interviews might change. Besides that, the quantification gives the opportunity to also quantify 

the results of the interviews into an acceptable level of uncertainty, expressed as a percentage. 

   

Page 39: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  38 

References Bernardo, J. M., & Smith, A. F. M. (1994). Bayesian Theory (1st ed.). John Wiley & Sons. 

Deltares. (2016, December 14). D‐Soil Model, Gebruikershandleiding. Deltares. 

Deltares. (2017, February 27). Ringtoets, Gebruikershandleiding. Deltares. 

Diermanse, F. (2016a, February). WTI ‐ Onzekerheden. Deltares. 

Diermanse,  F.  (2016b,  April).  Vertaling  normering  in  beoordelingscriteria.  Retrieved  from http://edepot.wur.nl/396463 

Ditlevsen, O.  (2003). Decision modeling and acceptance criteria. Structural Safety, 25(2), 165–191. https://doi.org/10.1016/S0167‐4730(02)00048‐6 

Expertise Netwerk Waterveiligheid. (2016). Grondslagen voor hoogwaterbescherming. Ministerie van Infrastructuur en Milieu; Expertise Netwerk Waterveiligheid. 

Feijt, A. (2017, June 12). Kwalitatief onderzoek, hoeveel interviews heb je nodig? Retrieved August 1, 2017,  from  http://www.rcompany.nl/kwalitatief‐onderzoek‐hoeveel‐interviews‐heb‐je‐nodig/ 

Friis‐Hansen, P., & Ditlevsen, O. D. (2003). Nature preservation acceptance model applied to tanker oil  spill  simulations.  Structural  Safety,  25(1),  1–34.  https://doi.org/10.1016/S0167‐4730(02)00037‐1 

Helpdesk  Water.  (2017a).  Hydraulische  belastingen.  Retrieved  March  30,  2017,  from https://www.helpdeskwater.nl/onderwerpen/waterveiligheid/primaire/beoordelen‐(wbi)/beoordelingsproces/uitvoering/hydraulische/ 

Helpdesk Water.  (2017b). Over Wettelijk BeoordelingsInstrumentarium. Retrieved March 30, 2017, from  https://www.helpdeskwater.nl/onderwerpen/waterveiligheid/primaire/beoordelen‐(wbi)/wbi/ 

Hijma, M., & Lam, K. S.  (2015, September). Globale stochastische ondergrondschematisatie  (WTI‐SOS) voor de primaire waterkeringen. Deltares. 

Jones, M. M., Tuomisto, H., Borcard, D., Legendre, P., Clark, D. B., & Olivas, P. C. (2008). Explaining variation  in  tropical plant community composition:  influence of environmental and  spatial data quality. Oecologia, 155(3), 593–604. https://doi.org/10.1007/s00442‐007‐0923‐8 

Kiureghian, A. D., & Ditlevsen, O. (2009). Aleatory or epistemic? Does  it matter? Structural Safety, 31(2), 105–112. https://doi.org/10.1016/j.strusafe.2008.06.020 

Kloprogge, P., Van der Sluijs, J., & Wardekker, A.  (2007, December). Uncertainty Communication; Issues and good practice. Copernicus Institute for Sustainable Development and Innovation. 

Kruse, G., & Hijma, M. (2015, December). WTI 2017: Handleiding lokaal schematiseren met WTI‐SOS. Deltares. 

P. Van Der Sluijs, J., S Risbey, J., & Ravetz, J. (2005). Uncertainty assessment of VOC emissions from paint in The Netherlands using the NUSAP system (Vol. 105). https://doi.org/10.1007/s10661‐005‐3697‐7 

Porter,  K.  (2017,  July  20).  A  Beginner’s  Guide  to  Fragility,  Vulnerability,  and  Risk.  University  of Colorado Boulder. 

Rijkswaterstaat  Infrastructuur  en  Milieu.  (2017,  August  7).  Hoogwaterbeschermingsprogramma. Retrieved  August  7,  2017,  from http://www.hoogwaterbeschermingsprogramma.nl/home/default.aspx 

Page 40: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  39 

Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving.  (2017a,  January 2). Schematiseringshandleiding piping; WBI 2017. Ministerie van Infrastructuur en Milieu. 

Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving. (2017b, January 31). Regeling veiligheid primaire waterkeringen 2017; Bijlage I Procedure. Ministerie van Infrastructuur en Milieu. 

Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving. (2017c, January 31). Regeling veiligheid primaire waterkeringen 2017; Bijlage III Sterkte en veiligheid. Ministerie van Infrastructuur en Milieu. 

Rosenbrand, E. (2017, May 3). Achtergrondrapport WBI ‐ Piping bij dijken. Deltares. 

Scholl, N., & Olivier, L. (2014, May). De Essentie van Kwalitatief Marktonderzoek. MOA Center for Information Based Decision Making & Marketing Research. 

Sellmeijer, H., Cruz, J. L. de  la, Beek, V. M. van, & Knoeff, H.  (2011). Fine‐tuning of  the backward erosion piping model through small‐scale, medium‐scale and IJkdijk experiments. European Journal  of  Environmental  and  Civil  Engineering,  15(8),  1139–1154. https://doi.org/10.1080/19648189.2011.9714845 

STOWA,  &  Rijkswaterstaat  Infrastructuur  en Milieu.  (2016,  January). Waterveiligheid;  Begrippen begrijpen 2.0. Ons water. 

Tak, S., & Toet, A. (2014). Color and Uncertainty: It is not always Black and White. Presented at the Eurographics Conference on Visualization, Swansea. 

Tak, S., Toet, A., & Erp, J. van. (2014). The Perception of Visual Uncertainty Representation by Non‐Experts.  IEEE  Transactions  on  Visualization  and  Computer  Graphics,  20(6),  935–943. https://doi.org/10.1109/TVCG.2013.247 

Tak, S., Toet, A., & Erp, J. van. (2015). Public Understanding of Visual Representations of Uncertainty in Temperature Forecasts.  Journal of Cognitive Engineering and Decision Making, 9(3), 241–262. https://doi.org/10.1177/1555343415591275 

Van Stokkum,  J.  (2016,  July).  Influence  of measurement density  in  the  flood  risk  assessment  for piping. University of Twente/BZ Innovatiemanagement. 

Vrijling,  J. K.  (2001). Probabilistic design of water defense  systems  in The Netherlands. Reliability Engineering & System Safety, 74(3), 337–344. https://doi.org/10.1016/S0951‐8320(01)00082‐5 

Vrouwenvelder, A., & Vrijling, H. (2000, November 24). Memorandum: Kansen, onzekerheden en hun interpretatie. TNO and TU Delft. 

Waal, H. de, & Knoeff, H. (2014, October). Uitgangspunten WTI 2017. Deltares. 

Waal, J. P. de. (2016, September). Basisrapport WBI 2017. Deltares. 

Warmink,  J.  J.,  &  Goedhart,  L.  (2010).  Presentatie  van  onzekerheden  in  riviermodellen  aan beleidsmakers. ConcepTueel, 19(4), 17–20. 

Waterschap Brabantse Delta. (2017, September 27). Veelgestelde vragen. Retrieved September 27, 2017,  from  https://www.brabantsedelta.nl/algemeen/actueel/werk‐in‐uitvoering/overig/dijkversterking‐geertruidenberg‐en‐amertak/veel‐gestelde‐vragen.html 

 

   

Page 41: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  40 

 

  

Appendices    

     

APPENDICES 

Page 42: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  41 

A. Steps of the safety assessment In this appendix, the steps of the safety assessment will be explained. In Figure 11 the general flow 

chart for the safety assessment of a dike is shown. First a general filter on a trajectory level is applied 

to filter out parts of dikes that are known to have a much higher or lower flood risk than the detection 

value (‘signaleringswaarde’). For these dike trajectories the dike manager can immediately assess the 

dike, based on expert judgement and the data available in the VNK (Veiligheid Nederland in Kaart) 

(Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017b). This results in the approval or disapproval 

of the dikes that are having a much lower or higher flood risk respectively. 

 

Figure 11 ‐ Flow chart of the safety assessment (Adapted after: Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017b) 

If this first general filter on a trajectory level is not applicable, a general filter per dike section has to 

be applied. This filter has to be applied per dike section and per failure mechanism (toetsspoor). The 

division  of  these  dike  sections  is  done with  the  help  of  the  schematization manuals, which  are 

available  through  the  Helpdesk  Water.  For  example  for  piping,  chapter  5  of  the 

‘Schematiseringshandleiding piping’ should be used  to determine  the division of  the dike sections 

(Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017a).  If this general filter does apply the dike 

manager  can  decide  to  immediately  conduct  a  customized  assessment.  If  it  does  not  apply,  the 

assessment  procedure  should  be  followed.  In  the  assessment  procedure  three  steps  have  to  be 

followed. First, a simple test has to be done in which with the help of simple and basic rules a check 

will be performed whether the failure mechanism is of importance or not. This decision is made based 

on safe dimensions of the dike. This means that, if the simple test results in a failure probability that 

is negligible, a verdict can be given about that particular dike section for that particular test track. If 

not, then the assessment should continue as shown in Figure 12 (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en 

Leefomgeving, 2017b).  

Page 43: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  42 

 

Figure  12  ‐  Flow  chart  of  the  assessment  after  the  first  simple  test  (Adapted  after:  Rijkswaterstaat Water,  Verkeer  en Leefomgeving, 2017b) 

In Figure 13  the continuation of  the process  towards  the detailed assessment  is  shown. After  the 

simple  assessment,  a  detailed  assessment  can  be  conducted when  the  failure  probability  of  the 

particular  failure mechanism  is negligible.  In  this detailed assessment,  the dike  is  tested with  the 

failure probabilities that can be derived from the failure probability estimation (‘faalkansbegroting’). 

The detailed test is done with probabilistic or semi‐probabilistic calculations. The calculation rules and 

prescriptions  are  explained  in  ‘Bijlage  III  Sterkte  en  veiligheid  bij  de  verschillende  toetssporen’ 

(Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c).  

 

Figure  13  ‐  Flow  chart  detailed  assessment  and  customized  test  (Adapted  after:  Rijkswaterstaat  Water,  Verkeer  en 

Leefomgeving, 2017b) 

After the detailed assessment has been conducted the results are combined with the results of the 

customized tests to get to one final assessment. Based on this assessment the choices will be made 

on what steps have to follow. There are four different possible next steps, which are (Rijkswaterstaat 

Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017b): 

1. Conducting a detailed test per dike trajectory 

This  is done by using a probabilistic approach. The  failure probability estimation does not 

have to be used anymore, but the definition of failure and the models do not change. 

2. Improve the schematization 

The  schematization  of  the  dike  is  improved  in  order  to  have  a  better  and more  refined 

schematization of the dike 

Page 44: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  43 

3. Conducting a customized assessment 

The assessment has been done by using generic and widely applicable models and  failure 

definitions. By adjusting them and conducting a customized assessment the result gets more 

reliable.  This  can  be  done  by  applying  location  specific  information  and more  advanced 

analysis. 

4. Stopping the assessment 

This step can be applied if the dike manager can substantiate that more analysis will not give 

a different result and  if the assessment at  least contains the  information as  is described  in 

chapter 4 of ‘Bijlage I Procedure’ (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017b). 

The assessment can also be stopped if it is not possible to get to a final assessment and the 

dike manager can substantiate that the failure mechanism does not contribute to the total 

failure probability. The last reason to stop the analysis would be if with a cost‐benefit analysis 

demonstrates that further analysis is not cost effective. 

For piping, the simple test will be conducted according to Figure 14. If the water defence consists of a 

dune or artificial water retaining structure, piping will not be a problem, so the assessment can be 

stopped. If the dike is made of sand and is situated on a sand subsurface, piping can never occur, which 

means that the failure probability for piping can be neglected for this case (step E.2). If constructive 

elements are present  in the dike or subsoil, the assessment for piping can be stopped as well (step 

E.3). If the dike or water retaining structure complies with a safe time dependent approach piping can 

also be neglected  (step E.4).  If one of  the  following conditions  is not met,  the assessment should 

continue with step E.5: 

‐ In the past sand entraining wells have never been observed 

‐ The seepage length is more than 50 meters 

‐ The river discharge does not influence the height difference for the dike 

‐ In the calamity plans two succeeding flood waves are taken into account 

‐ There is no connection to a construction or pipe under the dike or water retaining structure 

In step E.5 the dike is checked for its dimensions. If the dimensions of the dike are safe the assessment 

can be stopped. The probability that piping occurs becomes negligible if the ratio between seepage 

length and height difference reaches a certain value3. This value depends upon the thickness of the 

coating, the length of the dike trajectory and the norm that has to be applied. If the ratio does not 

reach the certain value, the assessment should continue with the detailed test. 

                                                                   3 These values can be  found on pages 40 and 41 of  ‘Regeling veiligheid primaire waterkeringen 2017; Bijlage  III Sterkte en veiligheid’ 

Page 45: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  44 

 

Figure 14 ‐ Flow chart of the simple test for piping (Adapted after: Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c) 

The detailed test has to be conducted according to the calculation rules and formulas as described in 

‘Regeling veiligheid primaire waterkeringen 2017; Bijlage  III Sterkte en Veiligheid’  (Rijkswaterstaat 

Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c) and using the WBI‐software. For this assessment, multiple 

scenarios are taken into account (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c). 

The detailed assessment per dike section for piping is divided in three parts, as is shown in Figure 15. 

First the assessment is performed for uplift (‘opbarsten’). If there is a chance of uplift, the assessment 

for  heave  is  performed.  If  heave  can  be  a  problem  the  dike  is  assessed  for  receding  erosion 

(‘terugschrijdende erosie’)4. 

 

Figure 15  ‐ Fault  tree of  the assessment on dike  section  level  for piping  (Adapted after: Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c) 

After the detailed assessment, an advanced or customized assessment can be done if needed. In this 

customized assessment, the failure probability estimation and the calculation rules do not have to be 

used anymore (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017b). In principle, the assessor is 

free to use whatever methods he/she thinks suits the situation. If a customized assessment is used, 

this has  to be  justified  in  the  reporting  to  the Minister. Dependent on  the  type of  analysis used, 

different information has to be reported 5.    

                                                                   4  More  information  on  Uplift,  Heave  and  Receding  erosion  can  be  found  in  ‘Regeling  veiligheid  primaire waterkeringen 2017; Bijlage III Sterkte en veiligheid’ 5 Which information has to be reported for which analysis can be found on page 24 of ‘Regeling veiligheid primaire waterkeringen 2017; Bijlage I Procedure’ 

Page 46: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  45 

B. Assembling Not every failure mechanism gets a failure probability as a result of the assessment, and therefore the 

final  judgement  is made by categories. Those categories are shown  in Table 6. Dike trajectories  in 

category A and A+ are complying with both norms (signaling value and lower limit), which means no 

action  has  to  be  taken.  If  a  dike  trajectory  is  put  into  category  B,  the  dike  trajectory  has  to  be 

subscribed to the HWBP as the dike trajectory does comply with the  lower  limit, but not with the 

signaling value. The priority of such a dike trajectory, however, will be lower than the dike trajectories 

that are put into category C or D. If a dike trajectory belongs to category D the priority for reinforcing 

that dike trajectory will be very high, as it is the farthest away from the norm (Rijkswaterstaat Water, 

Verkeer en Leefomgeving, 2017c).  

Table 6 ‐ Categories of the safety assessment 

Cat.  Designation category safety assessment  Category limits 

A+  Probability of  flooding of  the dike  section  is much smaller than the detection value Dike section amply complies with the detection value 

Ptrajectory < 1/30*Psignaling value 

A  Probability of  flooding of  the dike  section  is smaller than the detection value Dike section complied with the detection value 

1/30*Psignaling value < Ptrajectory < Psignaling value 

B  Probability of  flooding of  the dike  section  is larger  than  the  detection  value,  but  smaller than the lower limit Dike section complies with the  lower  limit, but not with the detection value 

Psignaling value < Ptrajectory < Plower limit 

C  Probability of  flooding of  the dike  section  is larger than the detection value and the lower limit Dike section does not comply with the detection value and the lower limit 

Plower limit < Ptrajectory < 30 * Plower limit 

D  Probability of  flooding of  the dike  section  is much larger than the detection value and the lower limit Dike  section  does  amply  not  comply with  the detection value and the lower limit 

Ptrajectory > 30*Plower limit 

 

For  the  failure mechanism  of  piping,  the  assembling  has  to  be  done  by  combining  the  failure 

probability contributions. This means that the probability contributions of the different dike sections 

per failure mechanism are combined  into one failure probability per dike trajectory for each failure 

mechanism.  This  is  done  for  all  the  failure mechanisms  for  which  an  estimation  of  the  failure 

probability is possible. For all the other failure mechanisms, the weakest dike sections are considered 

to be normative (Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, 2017c). 

For piping there are 4 steps that have to be followed for the ‘assembling’. The first three steps are for 

the  assembling  of  the  dike  sections  per  failure mechanism  (Rijkswaterstaat Water,  Verkeer  en 

Leefomgeving, 2017c): 

Step 1a: An estimation has to be made of the failure probabilities of the dike trajectory, based 

on mutual independence, so the failure probabilities of the dike sections have to be added up. 

Page 47: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  46 

Step 1b: An estimation has to be made of the failure probabilities of the dike trajectory, based 

on mutual dependence, so  including the  length‐effect. The failure probabilities of the dike 

sections have to be multiplied with the length‐effect. 

Step 1c: The minimum of the estimated failure probabilities from the previous two steps has 

to be chosen. 

After  that,  the  failure  probability  of  the  dike  trajectory  for  all  failure mechanisms  combined  is 

estimated: 

Step 2a: An estimation has to be made of the failure probability of the dike trajectory, based 

on mutual independence of the different failure mechanisms, so the failure probabilities have 

to be added up. 

 

 

   

Page 48: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  47 

C. Questions interviews Allereerst bedankt dat u beschikbaar bent voor een interview. Graag zou ik eerst kort toelichten wat 

het onderzoek inhoudt en vervolgens wat dit interview inhoudt. 

Mijn onderzoek heeft betrekking op de onzekerheid die komt kijken bij de beoordeling van een dijk 

op  piping.  Het  aspect  van  de  onzekerheid  waar  ik me met  name  op  focus  is  welke mate  van 

onzekerheid nog geaccepteerd kan worden. De vragen in dit interview zullen hier ook betrekking op 

hebben. De eerste  vragen hebben betrekking op de beoordeling  in het algemeen. De  vragen die 

daarop volgen  zullen meer betrekking hebben op de onzekerheden  in de beoordeling. De  laatste 

vragen  hebben  betrekking  hebben  op  het  accepteren  van  de  onzekerheid  in  het 

beoordelingsresultaat. 

Vindt u het goed als ik het interview opneem? Dit zal alleen gebruikt worden voor de verwerking van 

de resultaten door mij. 

Heeft  u  voor we  beginnen  nog  vragen? Dan  verneem  ik  deze  graag,  liefst  voordat  het  interview 

plaatsvindt. 

Hieronder zijn de vragen voor het interview opgenomen: 

1. Hoe bekend bent u met de nieuwe beoordelingsmethodiek (WBI) op een schaal van 1 tot 5? 

Een score 1 staat hierin gelijk aan een junior die net begint en 5 staat gelijk aan een expert die 

vanaf het begin betrokken is geweest bij de ontwikkeling. 

2. Hoe bekend bent u met de onzekerheden in de nieuwe beoordelingsmethodiek (WBI) op een 

schaal van 1 tot 5? 

In de nieuwe beoordelingsmethodiek wordt rekening gehouden met een aantal typen onzekerheden, 

waaronder inherente onzekerheid (of natuurlijke variabiliteit), kennisonzekerheid (zowel statistische 

als model onzekerheid) en ‘exogene onzekerheid’. 

3. Hoe gaat u om met die onzekerheden? Worden die geaccepteerd, of wordt daar expliciet of 

impliciet rekening mee gehouden? 

4. Hoe vindt u dat er rekening wordt gehouden met de onzekerheden in de beoordeling op een 

schaal van 1 tot 5? 

5. Worden naar uw mening alle relevante onzekerheden meegenomen in de beoordeling? 

6. Zo nee, welke onzekerheden zouden volgens u nog meer meegenomen moeten worden? 

7. Wanneer zijn de onzekerheden in het beoordelingsresultaat voor piping voor u acceptabel? 

Welk betrouwbaarheidsinterval zou u willen hebben voor het beoordelingsresultaat? 

Ik heb 9 cases voorbereid, waarin de onzekerheid visueel inzichtelijk is gemaakt. 

8. Ik wil u vragen deze cases een score te geven van 1 tot 5, waarbij 1 helemaal niet acceptabel 

en 5 zeer acceptabel representeren.  

9. Wil u de zojuist gemaakte indeling nog herzien? 

10. Vervolgens wil ik u vragen dezelfde 9 cases te rangschikken van 1 tot 9, waarbij 1 het meest 

acceptabel en 9 het minst acceptabel is. 

11. Wil u nog iets aan deze rangschikking wijzigen? 

Dit waren mijn vragen aan u, heeft u nog vragen of opmerkingen? 

Dan wil ik u graag bedanken voor uw tijd en de antwoorden op mijn vragen. Na de verwerking van het 

interview zal ik u de samenvatting opsturen ter verificatie als u dat goed vindt. 

Page 49: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   48 

D. Cases interviews 

 

Page 50: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   49 

 

Page 51: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   50 

 

Page 52: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   51 

 

Page 53: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   52 

 

Page 54: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   53 

 

Page 55: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   54 

 

Page 56: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   55 

 

Page 57: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

   56 

 

   

Page 58: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  57 

E. Sellmeijer In the methods of WBI2017 for piping, the improved formula of Sellmeijer is used. The new formula 

has been improved by using experiments in the real world. The difference with the original formula of 

Sellmeijer  from 1989  is  that  the  resistance  factor of  the  formula  is  influenced by  relative density, 

uniformity and particle roundness in the new calculation rule. The scale factor is influenced by the role 

of particle size, which is measured in the experiments. The geometrical shape factor has not changed. 

Below  the  calculation  rule  of  Sellmeijer  is  shown, with  in  the  red  scares  the  improvements  (or 

additions) that have been made to the formula (Sellmeijer et al. , 2011).  

1  

In which: 

. . .

 

 

.

 

 

0.91

.. .

 

In this formula the symbols represent the following characteristics: 

   Critical hydraulic head  [m]    Seepage length  [m]    Erosion coefficient  [‐]    Resistance factor  [‐]    Scale factor  [‐]    Geometrical shape factor  [‐]    Whites constant  [‐]    Unit weight of particles  [N/m3] 

   Unit weight of water  [N/m3]    Bedding angle of sand  [Degree]    Relative density  [%] 

   Uniformity    [%] 

   Roundness of particles  [%]    70th‐percentile grain size  [m] 

   Intrinsic permeability    [m2] 

   Hydraulic permeability  [m/s]    Dynamic viscosity  [Ns/m2] 

 According to Sellmeijer et al. (2011), this calculation rule performs well when the subsoil is composed 

of fine sand. When the subsoil is composed of coarse sand, the performance of the calculation rule is 

still unknown6. 

                                                                   6 For more information on the calculation rule of Sellmeijer, see (Sellmeijer et al., 2011) 

Page 59: FLOOD SAFETY: WHAT IS AN ACCEPTABLE LEVEL OF … · Civil Engineering & Management/Water Engineering ... of uncertainty in the safety assessment of a dike on piping. To answer this

Flood safety: What is an acceptable level of uncertainty in the safety assessment for piping  J.J.C. Bink 

  58 

The  improved  calculation  rule may  only  be  applied within  the  following  limits  shown  in  Table  7 

(Sellmeijer et al., 2011). 

Table 7 ‐ Limitations for the use of Sellmeijer 

Parameter  Minimum  Maximum  Mean 

   50%  100%  72.5% 

   1.3  2.6  1.81 

   35%  70%  49.8% 

   150 μm  430 μm  208 μm