Advertorial Deltares
Natte kunstwerken spelen een hoofdrol in het waterrijke Nederland. Het zijn de regelkranen in het watersysteem en ze maken het mogelijk om functies te combineren. Natte kunstwerken bezorgen bestuurders en beleidsmakers echter ook steeds meer hoofdbrekens.
Sluizen moeten worden uitgebreid en aangepast om aan de economische vraag te voldoen. Tegelijkertijd moeten we slim inspelen op extreme hoge en lage waterstanden door klimaatverandering. Hoe zorgen we er voor dat het transport over water en de omgeving van de sluis zo min mogelijk hinder ondervinden van deze extremen en hoe houden we de kosten zo laag mogelijk? Daarnaast zijn de komende decennia veel van de honderden natte kunstwerken in Nederland aan het einde van hun technische levensduur. Deltares helpt overheden en aannemers bij ontwerp, aanleg, beheer en onderhoud van stuwen en sluizen. Ook doen we onderzoek naar de innovaties die de levensduur kunnen verlengen.
Om aan de economische vraag te kunnen voldoen, worden er steeds grotere schepen gebouwd. Hierdoor is het hydraulisch krachtenspel tussen schip en sluis ingewikkelder geworden. ‘Ook is het gewoon knap druk geworden bij sluizen en is er niet veel ruimte om te bouwen’, zegt Ida de Groot, waterbouwexpert bij Deltares. ‘De voorhaven moet steeds vaker gedeeld worden met meerdere sluizen, tot wel vier sluizen bij grote complexen als IJmuiden en Terneuzen. Daarom is de aanloop naar een sluis soms asymmetrisch en dat leidt tot andere krachten op het schip.’
Ook het nivelleren van de waterpeilen tussen de zoete binnen- en de zoute buitenzijde vraagt om updaten en uitbreiden van kennis en rekenmodellen. Zout water is zwaarder en duikt als een zoute tong onder het zoete water door. ‘Dit kan leiden tot zeer grote krachten op de trossen, wat tot onveilige situaties kan leiden. Je wil echter ook niet dat het nivelleren erg lang moet duren. Het nivelleren moet zowel vlot als veilig’, aldus De Groot. Het steeds verder ontwikkelen van rekenmodellen van Deltares, zoals Lockfill, helpen zo’n vlot en veilig nivelleersysteem te ontwerpen.
In droge perioden zorgt de zouttong ook voor het zouter worden van het water in de omgeving van de sluis. Agrariërs zijn dan vaak de dupe. Een fraaie technische oplossing om de zouttong tegen te gaan tijdens het schutten is het gemoderniseerde bellenscherm. Het bellenscherm bestaat uit een gordijn van fijne luchtbelletjes van drie tot vijf millimeter over de volle breedte van het sluishoofd. ‘Het zorgt ervoor dat er minder zout water, bijvoorbeeld uit de Oosterschelde, in het Volkerak-Zoommeer komt’, zegt Otto Weiler, waterbouwexpert bij Deltares. Een bellenscherm kan ook gecombineerd worden met een beweegbare drempel die het zoute water, dat door zijn gewicht langs de bodem naar de zoete kant wil, tegenhoudt. Schuiven in de sluisdeur spuien zoet water als een ‘spoeldebiet’ door de kolk naar de zoute kant met hetzelfde doel. ‘We hebben het nu getest op een van de kleinere van de Krammersluizen, voor de pleziervaart. We kunnen het systeem ook geschikt maken voor de sluizen voor de beroepsvaart’, aldus Weiler.
Veel stuwen en sluizen vormen karakteristieke elementen in het Nederlandse landschap en behoren tot Neerlands trots en cultuurhistorisch erfgoed. Veel natte kunstwerken dateren uit de jaren twintig van de vorige eeuw. Vroeg of laat komen ze aan het einde van hun technische levensduur. ‘Om te voorkomen dat Nederland de komende jaren vele tientallen miljoenen euro’s tegelijk moet investeren, onderzoeken wij of we door aanpassingen en innovatieve maatregelen de levensduur van de natte kunstwerken kunnen rekken. Dit betreft zowel de technische levensduur (een sluis doet het niet meer) als de functionele levensduur (een sluis voldoet niet meer)’, zegt De Groot. Uiteraard moet dit te allen tijde het credo van ‘vlot en veilig’ dienen, voegt zij eraan toe.
Alleen al het door Rijkswaterstaat beheerde hoofdvaarwegennet en het hoofdwatersysteem beslaat 650 natte kunstwerken. Het is niet alleen slijtage aan de sluisdeuren en metselwerk van de sluiskoker dat speelt.
‘Het is al snel aantrekkelijk om onderdelen van een sluis te vervangen, ook als de technische levensduur van de civiele constructie nabij is’, zegt Thomas Bles, geotechnisch expert bij Deltares, die kijkt naar de staat van de kunstwerken. Zet daarnaast de hoge investeringskosten voor het civiele deel van een sluis, dan zie je dat onderzoek naar mogelijkheden om die technische levensduur te verlengen uiteindelijk loont. Uiteraard moet dit wel met een voldoende veiligheid gebeuren. Daarom kijken we nu hoe we geavanceerde probabilistische rekenmodellen in kunnen zetten om de sterkte van kunstwerken nauwkeuriger in te schatten. Daarnaast is monitoring van de bestaande oude kunstwerken een goede mogelijkheid om een oud kunstwerk nog veilig langer te kunnen gebruiken.
Dergelijke maatregelen zijn ook geschikt voor de honderden gemalen, stuwen en andere doorlaatwerken die door waterschappen en provincies worden beheerd. Het is ook zaak om met stakeholders als boeren, vissers en natuurorganisaties te overleggen en de soms tegengestelde belangen aan elkaar te ‘polderen’. Ingenieursbureaus die een ontwerpende taak hebben kunnen met onze oplossingen aan de slag. Ook internationaal lijken er kansen voor levensduurverlengende maatregelen van Deltares. In Duitsland, België en Frankrijk staan beheerders van natte kunstwerken ook voor aanzienlijke vervangingsopgaven.
In de Zout-zoethal van Deltares laat Weiler een schaalmodel van de nieuwe sluis van IJmuiden zien. Het model van de sluis met voorhavens beslaat een oppervlak van zestig bij twintig meter. ‘Het lijkt misschien ouderwets, maar het is echt high-tech. We meten hier 200 signalen om het gedrag van zout en zoetwater vast te leggen, samen met de krachten op dat schip’, wijst Weiler. Het lijkt een sloep van negen meter, maar het bakstenen gevulde bootje representeert een schip van 360 meter.
‘De gegevens van de modelproeven gebruiken we om de numerieke modellen te perfectioneren’, zegt Weiler. Het leidt tot betere ontwerpen van sluizen en voorhavens, en niet alleen voor IJmuiden. ‘Ook voor het nieuwe sluizencomplex van Terneuzen kunnen we dit schaalmodel benutten.’
Het onderzoek voor de praktijk en de innovaties van Deltares op het gebied van natte kunstwerken zijn dus hard nodig de komende decennia. De Groot: ‘Om dat werk op te pakken kunnen we nieuwe collega’s gebruiken. We zoeken vakmensen die houden van een uitdaging.’
