| J a n E v e r i n k S i t e | Home |
Fuzzy logic en kustbescherming (1)Schijnzekerheid door statistische veiligheidsnormen
door ing. Jan Everink
oktober 2010
Eerste artikel in een serie van 4 over de toepassing van fuzzy logic bij het beheer van de zeewering.
Tegenwoordig worden bij het maken van plannen betreffende de kustbescherming statistische veiligheidsnormen toegepast. Dat systeem heeft twee grote bezwaren.
Op de eerste plaats is elk risico dat opnieuw een grote overstromingsramp plaatsvindt onaanvaardbaar. En ten tweede is het onmogelijk om het overstromingsrisico met enige exactheid te berekenen. Een veel beter systeem om te zorgen dat de kustbescherming voldoende veiligheid biedt is fuzzy logic.
Statistische veiligheidsnormenVoor het berekenen van de hoogte en eigenschappen van waterkeringen wordt tegenwoordig een systeem van statistische veiligheidsnormen toegepast. Een statistische veiligheidsnorm is een als acceptabel beschouwd risico. Er wordt niet gestreefd naar volkomen veiligheid maar naar het reduceren van het risico tot de veiligheidsnorm. Deze norm wordt uitgedrukt als de kans op een waterstand die hoger komt dan de waterkering voor het betreffende gebied. De veiligheidsnorm voor vrijwel geheel Noord-Holland en Zuid-Holland is 1:10.000 jaar. Het wordt als acceptabel beschouwd dat in die provincies in de komende 10.000 jaar één grote overstroming zal plaatsvinden. Voor andere gebieden geldt een nog groter risico als aanvaardbaar. Zo mogen vrijwel de gehele provincies Zeeland, Flevoland, Friesland en Groningen eens per 4000 jaar onder water lopen.
Dit systeem van statistische veiligheidsnormen deugt niet, om twee redenen. Op de eerste plaats is elk risico dat opnieuw een grote overstromingsramp plaatsvindt onaanvaardbaar. En ten tweede is het onmogelijk om het overstromingsrisico met enige exactheid te berekenen. Een veel beter systeem om de kustbescherming te evalueren en te beheren is fuzzy logic. Alvorens daar op in te gaan zal ik eerst de twee genoemde redenen waarom het systeem van statistische veiligheidsnormen zou moeten worden vervangen nader toelichten.
Elk risico op een nieuwe overstromingsramp is onaanvaardbaarDe statistische veiligheidsnorm van 1:10.000 jaar is een getal dat mensen een gevoel van zekerheid geeft. Men acht de kans op een grote overstroming zo klein dat men er van overtuigd is die ramp niet te zullen meemaken.
Maar in feite betekent een veiligheidsnorm van 1:10.000 jaar gewoon dat we niet afdoende beschermd zijn. Die overstroming met een kans van 1:10.000 jaar kan ook volgende week plaatsvinden. Optimale bescherming kan alleen worden gerealiseerd als wordt gestreefd naar volkomen veiligheid. Er moet een nul-tolerantie-beleid tegen het overstromingsgevaar worden gevoerd.
Op het gebied van kwaliteitsbeheer bestaat inmiddels veel ervaring met het toepassen van nul-tolerantie. Deze kennis is ook toepasbaar bij de kustbescherming, want het in goede staat brengen en houden van de dijken en de zeewerende duinen is een vorm van kwaliteitszorg. Nul-tolerantie betekent in de kwaliteitsleer dat vervaardigde producten geen enkel defect mogen vertonen. Men beseft wel dat de absolute realisatie van dat ideaal onbereikbaar is, maar men streeft desondanks naar perfecte kwaliteit want alleen zo wordt het best mogelijke resultaat bereikt. Waar dit systeem van nul-tolerantie wordt toegepast gaat de gemiddelde kwaliteit van gefabriceerde producten dramatisch omhoog.
Als het om veiligheid gaat dan is nul-tolerantie in een hoogontwikkelde samenleving de normale kwaliteitsnorm. Op uiteenlopende gebieden waar veiligheid van belang is wordt al gestreefd naar het volledig uitsluiten van risico's. We vinden het normaal dat we kunnen leven in de zekerheid dat huizen, bruggen en openbare gebouwen veilig zijn en ook bij extreem zwaar weer niet ineenstorten.
Dat zou ook bij de kustbeveiliging het geval moeten zijn. Een statistische veiligheidsnorm waarbij een overstromingsrisico, hoe gering ook, acceptabel wordt gevonden leidt onvermijdelijk tot toename van onveiligheid. Alleen nul-tolerantie motiveert alle betrokkenen tot een aanpak waardoor de hoogst mogelijke veiligheid wordt gerealiseerd.
Het in goede staat brengen en houden van de kustbescherming zou moeten worden beschouwd als een vorm van kwaliteitszorg op basis van nul-tolerantie. Het uitgangspunt moet zijn dat de zeewering de bevolking met zekerheid beschermt tegen mogelijke overstromingen. Een nieuwe grote overstromingsramp moet in principe uitgesloten zijn.
Overstromingsrisico is onduidelijkDe tweede reden waarom de statistische veiligheidsnormen door een beter systeem vervangen moeten worden is dat het onmogelijk is om het overstromingsrisico met enige nauwkeurigheid te bepalen. Toch wil men tegenwoordig dit risico exact in cijfers uitdrukken. Daarvoor wordt kansrekening ofwel waarschijnlijkheidsrekening gebruikt, een methode die in de 17de eeuw op verzoek van een aantal gokkers werd ontwikkeld door de Franse wiskundige Pierre de Fermat.
Deze kon met behulp van kansrekening vaststellen dat de kans om met twee dobbelstenen dubbel zes te gooien bij 24 worpen iets minder en bij 25 worpen iets meer dan 50% is. Dat kon Fermat uitrekenen omdat bij het gooien van dobbelstenen duidelijk vaststaat welke mogelijkheden zich kunnen voordoen. Bij complexe werkelijkheden, zoals het systeem van de zeeweringen in relatie tot de voortdurend veranderende waterhoogtes en weersomstandigheden, is dat heel anders. Het maken van een goed kanstheoretisch model van een dergelijk complex systeem is onmogelijk, want er is geen empirische toetsing mogelijk.
De onveiligheid door de zee heeft namelijk te maken met het soort onduidelijke onzekerheid dat niet in cijfers kan worden uitgedrukt. Als men kansrekening wil toepassen op een complex en wisselvallig geheel zoals dat van het weer en de waterhoogten kan men de historie analyseren om ondanks het ontbreken van voldoende informatie toch enig inzicht te krijgen. Maar pas aan het eind van de 19de eeuw werd begonnen met het stelselmatig meten van de waterstanden, dus voor statistische analyse is maar over een relatief korte periode exacte informatie beschikbaar. Er kan dus met kansrekening nauwelijks enig inzicht met betrekking tot het overstromingsrisico worden verkregen.
Fuzzy logic: praktische besluitvormingslogicaEr is lang niet voldoende historische informatie beschikbaar om de kans op bepaalde gevaarlijke condities ook maar bij benadering te kunnen vaststellen. Het gaat om mogelijke combinaties van zeer hoog water en zwaar stormweer. Er zijn veel aanwijzingen dat in het verleden zeer zware stormvloeden hebben plaatsgevonden, waarbij het water veel hoger kwam dan de hoogste gemeten waarden in de relatief korte periode waarover cijfers bekend zijn.
Omdat de lange-termijn historische informatie onduidelijk en onzeker is kan er bij het huidige statistische systeem geen rekening mee worden gehouden. Maar er moet wél rekening mee worden gehouden, dus er is een systeem nodig waarmee dat mogelijk is.
Zo'n systeem bestaat inderdaad: fuzzy logic. Die methode is gebaseerd op de ontdekking door prof. Lotfi Zadeh dat de menselijke intelligentie mits consequent toegepast zeer rationeel en doeltreffend is, ook in onzekere situaties. Zadeh analyseerde de door de mens bij succesvolle praktische besluitvorming toegepaste denkwijze en ontwikkelde op basis daarvan een nieuwe besluitvormingslogica, die hij fuzzy logic noemde.
Overal waar men te maken heeft met het probleem dat op grond van onzekere en onduidelijke informatie beslissingen genomen moeten worden kan fuzzy logic uitkomst bieden. Het is een bij uitstek geschikt systeem voor het beheer van de kustbescherming.In de volgende 3 artikelen in deze serie worden de principes van fuzzy logic nader besproken. Toegelicht wordt waarom fuzzy logic bij uitstek geschikt is als besluitvormingslogica in verband met de kustbescherming. Ook wordt ingegaan op de momenteel waarneembare fuzzy logic signalen dat de huidige zeewering onvoldoende veiligheid biedt.