De toekomst van de Stormvloedkering in de Oosterschelde
In een filmpje van de Universiteit van Nederland betoogt Bregje van Wesenbeeck, werkzaam bij de TU Delft en bij Deltares, dat de Oosterschelde-kering op termijn moet worden afgebroken of omgevormd in een dichte dam. Is de zeespiegelstijging echt zo erg dat we zo hard moeten ingrijpen? Ik denk van niet. Lees hier waarom.
(Edit 2 maart 2023: het plaatje van de storm in 1990 is fraaier gemaakt door 10-minuten data te gebruiken ipv uurs-data)
(Edit 9 maart 2023: door toeval ontdekte ik de maker van de mooie opengewerkte prent van de kering. Dat was Rudolf Das)
Waarom staat er een stormvloedkering?
Het verhaal is al vaak verteld; eind januari 1953 werd Zuid-West Nederland, België en de Zuid-Oost kust van Engeland getroffen door overstromingen. Opgezweept door een zware en bijzonder langdurige storm liepen de waterstanden op tot meters boven het normale getij met de bekende ramp als gevolg. In het plaatje hieronder ziet u de waterstandsmetingen van Wemeldinge aan de Oosterschelde; het getij heb ik zelf uitgerekend.
De ramp was de aanleiding voor de Deltawerken. In 1956 werd de Deltawet aangenomen waarin de bouw van de Deltawerken wettelijk werd vastgelegd. In 1980 moest het klaar zijn; de hele Zuid-Westelijke delta zou dan afgesloten zijn. De zeearmen, waaronder de Oosterschelde, zouden een groot zoet water bekken vormen.
In 1986 opende koningin Beatrix de beweegbare stormvloedkering in de Oosterschelde. Zes jaar later dan voorzien en een beweegbare kering in plaats van een dichte dam; een ingrijpend andere oplossing. De wijziging was het gevolg van het opkomend milieu-besef in de jaren 1970. Een andere zee-arm, de Grevelingen, was in 1971 afgesloten en daardoor getijloos zout water geworden. De waterkwaliteit werd er in korte tijd heel slecht. In de plannen was dit tijdelijk. Zodra de Oosterschelde ook zoet was geworden kon ook de Grevelingen met zoet water worden doorgespoeld. In de hoofden van de ingenieurs was de zoute en stagnante (zo heet dat….) Grevelingen een tijdelijke en onvermijdelijke tussenfase. Maar de afgesloten Grevelingen vormde de aanleiding om te pleiten voor een open Oosterschelde. Een plan waartegen, begrijpelijk, ook grote weerstand bestond; de ramp van 1953 lag nog vers in het geheugen.
De stormvloedkering kwam er als compromis tussen deze ogenschijnlijk onverenigbare wensen van de maatschappij; Oosterschelde open of Oosterschelde dicht. Het was een politiek besluit en ingenieurs betwijfelden in het begin of het wel kon. Dat het gelukt is om de kering te bouwen is een heel knap staaltje.
Hoe werkt de kering?
De kering is operationeel sinds 1986. Bij normaal weer staat hij open en kan het getij in- en uitstromen. Bij dreigende storm gaat hij dicht. Om goed te functioneren moet de kering drie dingen kunnen. Als er op de sluitknop wordt gedrukt moet hij sluiten. Als hij dicht is moet hij het water in voldoende mate keren en hij moet de krachten uit het water kunnen dragen zonder om te vallen. Sluiten, keren en dragen; het zijn de drie thema’s waar ingenieurs naar kijken als ze een kering beoordelen op veiligheid.
Bepalend voor de opdracht tot sluiten is de waterstand aan de binnenzijde van de kering, gemeten op het station Roompot binnen. Bij normaal weer loopt die door het getij op tot ongeveer 1,5 m boven NAP. Als het hard waait op de Noordzee wordt het hoger; de wind drijft het water voor zich uit over de Noordzee en verzamelt zich bij de Zeeuwse kust.
De waterstand op de Oosterschelde wordt continu voorspeld. Bij een voorspelling van NAP +3 m of hoger (het alarmpeil) wordt opdracht gegeven om de kering te sluiten. Als de waterstand weer gezakt is tot veilige waarden dan wordt de kering geopend. Duurt de storm voort, dan wordt bij de volgende vloed weer gesloten. Net zolang tot de storm is gaan liggen. Om de natuur in de Oosterschelde zo goed mogelijk te beschermen wordt er ook bij storm een wisselende waterstand ingesteld met pieken beurtelings op NAP +1 m en NAP +2 m. In januari 1990 was er een extreem lange periode met stormen en ging de kering in een paar dagen tijd meerdere keren dicht. In de waterstandsregistratie van die storm zien we het bedienprotocol terug.
Kijkt u nog eens naar de grijs gemaakte periodes in de grafiek. U ziet dat de waterstand in de Oosterschelde langzaam oploopt als de kering is gesloten. Er komt dus water binnen als de kering dicht is. De oorzaak is eenvoudig; de kering is lek! Dat is een bewuste keuze uit het ontwerp. De kering staat op een dam van breuksteen en dat laat veel water door. Hieronder ziet u een mooi plaatje, gemaakt door Rudolf Das en door mij overgenomen van Rijkswaterstaat.
De kering is in vergelijking met de waterstanden en golfslag ook vrij laag. Door overslaande golven gaat er veel water overheen. En ook dat brengt water op de Oosterschelde.
Bij keringen is het normaal om een bepaalde mate van lek en overslag toe te laten; ook hier. Het water wordt geborgen op de Oosterschelde, zichtbaar in de oplopende waterstand. Zolang op de Oosterschelde het alarmpeil (NAP +3 m) niet wordt bereikt is er niets aan de hand. De bouw van de kering werd er een stuk eenvoudiger van omdat veel ingewikkelde afdichtingen niet hoefden te worden bedacht en gebouwd.
En dan het dragen. De kering veroorzaakt een waterstandsverschil (verval) en dat geeft krachten op de kering. Ook de golven oefenen kracht uit. Ingenieurs gebruiken bij het ontwerp rekenkundige waarden van verval- en golfkracht en ontwerpen de constructie met een ruime marge ten opzichte van deze rekenkundige waarden. Interessant is dat deze kering is ontworpen voor een verval van 6 m terwijl bij het huidige gebruik een verval van ruim 4 m voldoende zou zijn. Dat verschil is veroorzaakt door de wijze waarop het ontwerpproces werd georganiseerd. Het ontwerpen en bouwen van de kering is een hoop werk; wachten op de uitkomsten van het onderzoek naar het gebruik van de kering was daarom ongewenst. De oplossing was de kering te ontwerpen voor sluiten op laag water (ongeveer NAP -0,7 m) waardoor de kering alle voorzienbare gebruiksscenario’s aan zou kunnen. De kosten van zulke robuuste uitgangspunten zijn meestal beperkt; in ieder geval veel lager dan de kosten van een vertraagd project omdat studies op elkaar moeten wachten. Het resultaat is een kering die, ten opzichte van het huidige gebruik, ruim 1,5 m reserve heeft op het toelaatbare verval; een forse marge.
Heeft de kering toekomst?
Maar heeft de kering toekomst? Bregje van Wesenbeeck twijfelt: “Bij 40 cm zeespiegelstijging voldoet de kering niet meer. Wat kunnen we doen?”, zegt ze in dit filmpje van de Universiteit van Nederland. Ze lijkt eruit te zijn; weg met die kering! Is dat terecht?
Eerst die 40 cm zeespiegelstijging. Voor zover ik kon nagaan is de Stormvloedkering ontworpen voor 200 jaar zeespiegelstijging. De gemeten stijging is afgerond 20 cm per eeuw en dat maakt 40 cm stijging; te verrekenen in hoogte van de kering en in de krachten erop.
We kunnen de stelling ook omdraaien; de kering blijft tot een zeespiegelstijging van 40 cm binnen de ontwerpuitgangspunten en zou daarom moeten voldoen. Hoe lang duurt het voordat we 40 cm bereiken? Dat beoordeel ik met de metingen en met de actuele scenario’s van het IPCC; het klimaatpanel van de Verenigde Naties. Ik laat het hieronder zien.
Voor het beoordelen van de zeespiegelstijging heb ik lange meetreeksen nodig. De dichtstbijzijnde is het station Vlissingen en die heb ik hier gebruikt. De metingen zijn in rood weergegeven; de trend van de metingen met blauw.
In de blog Het Water Komt legde ik uit wat het klimaatpanel van de VN recent heeft opgeleverd. Meerdere scenario's voor de zeespiegelstijging en duidelijke aanwijzingen voor de aannemelijkheid van de scenario's. We zijn hier bezig met beleidsrelevante zaken, dus willen we alleen aannemelijke scenario's gebruiken. Ik noem ze vanaf nu "beleidsrelevant". Het hoogste beleidsrelevante scenario heb ik gebruikt; het staat in groen in het plaatje. Alle getoonde gegevens hebben 1986 als nulpunt; het jaar van ingebruikname van de kering.
Wanneer bereiken we 40 cm zeespiegelstijging ten opzichte van 1986? De gemeten trend in Vlissingen vanaf 1850 is 13 cm per eeuw (geen 20!) en er is tot nu toe geen toename van de stijgsnelheid waarneembaar. We kunnen de trend doortrekken. Dan bereiken we 40 cm ver na 2190, meer dan 200 jaar na 1986. We hebben natuurlijk geen garantie dat de trend zolang door gaat. Beschouw het als een ondergrens van de te verwachten zeespiegelstijging; de berekende restlevensduur is daarmee een bovengrens.
Met het scenario kunnen we dezelfde analyse maken en komen we op 2070 als einde levensduur. Als het scenario waarheid wordt leveren we 16 jaar levensduur in. Dat is een hele goede prestatie voor ontwerpers die niet in de toekomst konden kijken.
Eigenlijk is het nog ingewikkelder. Het klimaatpanel van de VN is namelijk onzeker over de zeespiegelstijging, zichtbaar in de bandbreedtes rondom de scenario’s. Voeg ik die toe, dan ontstaat het plaatje hieronder. Het groene vlak dekt de zeespiegelstijging af die met 90% zekerheid zal optreden als het scenario waarheid wordt.
Als ik het scenario voor waar aanneem dan bereiken we met 90% zekerheid 40 cm zeespiegelstijging tussen 2046 en 2150. Een interval van meer dan een eeuw! Het interval ontstaat door het onverkort overnemen van de foutmarges die door het klimaatpanel zelf zijn aangegeven. Voor iemand die moet besluiten over maatregelen bij de stormvloedkering is het een pover resultaat. En we weten dat de scenario's erg hoog zijn in vergelijking met de metingen; zowel qua niveau vandaag als in stijgsnelheid. Het is heel goed denkbaar dat het scenario zich niet zal voltrekken. Mijn vergelijking van het scenario met de metingen anno nu wijst daarop.
Keren en dragen
Maar moeten we de kering wel afkeuren als de zeespiegel meer dan 40 cm stijgt? Of mag het ook meer zijn? Om dat te beoordelen moeten we terug naar de drie taken van de kering: keren, dragen en sluiten.
Weet u het nog? Het alarmpeil van de kering is NAP + 3 m. De dijken rondom de Oosterschelde moeten bij dit peil veilig kunnen keren. De stormvloedkering zorgt ervoor dat het peil maximaal dat niveau bereikt. Zo zijn de taken nu verdeeld. Kan de kering NAP +3 m garanderen als er meer zeespiegelstijging komt dan 40 cm?
Allereerst het keren. We hebben gezien dat achter de gesloten kering een waterstand van NAP +1 m of NAP +2 m wordt ingesteld (het streefpeil). We hebben ook gezien dat door lek en golfoverslag de waterstand achter de gesloten kering een beetje stijgt. Ik ga er vanuit dat de kering goed is ontworpen. Dat betekent dat bij 40 cm zeespiegelstijging de peilen in de Oosterschelde nog in te stellen zijn. Stijgt de zeespiegel nog verder, dan zullen overslag en lek wat groter worden dan in het ontwerp voorzien. Met minstens een meter marge tussen het streef- en het alarmpeil lijkt dat niet kritisch. Ik kan het uitrekenen, maar dat voert hier te ver. Mijn voorlopige schatting is dat 2086 (einde levensduur) op dit punt wel te halen is.
En dragen? Hierboven legde ik uit dat de kering constructief is berekend op een veel hoger verval dan dat bij het huidige gebruik zal optreden. Er is ongeveer 1,5 m meer verval mogelijk; dat mag u direct vertalen in extra opneembare zeespiegelstijging. Ook op dat punt schat ik in dat we 2086 wel halen.
Sluiten
Blijft over het sluiten. In een artikel in NRC van 1 februari jl. legden twee Rijkswaterstaters uit dat een hogere sluitfrequentie problemen kan geven; sluiten geeft slijtage en vaker sluiten geeft meer slijtage. Een bewegingswerk wordt gebouwd voor een bepaald aantal sluitingen. Wordt dat veel meer, dan krijg je een kering met artrose. Hoe vaak gaat de kering nu dicht? En kunnen we schatten hoeveel vaker de kering dicht moet als de zeespiegel stijgt?
Een voorspelde overschrijding van het alarmpeil van NAP +3 m geeft een opdracht tot sluiten. Dat betekent dat het aantal overschrijdingen per jaar van het alarmpeil de ondergrens is van het aantal sluitingen. Die frequentie bepalen vergt wat statistiek; ik bespaar u de details, op basis van diverse gegevens schat ik dat op 1x per 2 tot 5 jaar.
Het werkelijke aantal sluitingen ligt wat hoger. Vanaf de opening op 4 oktober 1986 is de kering 30x gesloten. Dat komt onder andere door de onnauwkeurigheid van de waterstandsvoorspelling. Om die af te dekken wordt er weleens gesloten terwijl dat achteraf niet nodig was; een voorbeeld van “fouten maken naar de goede kant”. En wordt ook weleens gesloten door bijzondere omstandigheden, zoals in 2005 toen een viskotter door de kering werd getrokken. Maar ik hou het hier eenvoudig; 30 sluitingen in 36 jaar maakt, naar boven afgerond, één sluiting per jaar. Da’s makkelijk onthouden.
Stijgende zeespiegel; vaker sluiten. Hoe vaak?
Hoeveel vaker wordt dit als de zeespiegel stijgt? Als we weten hoeveel vaker het alarmpeil wordt overschreden, dan kunnen we ook schatten hoeveel sluitingen we krijgen. Dat kan met de “decimeringshoogte”; die heb ik uitgelegd in Zeespiegel-bespiegelingen. Een redelijke schatting voor Zeeland is een decimeringshoogte van 60 cm. Dat betekent dat 60 cm zeespiegelstijging 10x meer sluitingen per jaar geeft. In het ontwerp zit 20 cm zeespiegelstijging na 100 jaar. De werkelijke trend is, naar boven afgerond, 15 cm per eeuw. Met de decimeringshoogte vinden we dan in 2086 een sluitfrequentie van 2x per jaar tegen 1x nu. Met als uitgangspunt dat de huidige trend doorzet. Dit resultaat mag u zien als een ondergrens van de te verwachten sluitfrequenties.
Voor het bewegingswerk is het totaal aantal sluitingen van belang. Dat is berekenbaar uit bovenstaand plaatje. U ziet dat de gemiddelde sluitfrequentie rond 1,5x per jaar ligt. Vermenigvuldigen met 100 geeft 150. Ik neem hier aan dat het ontwerp inderdaad is gemaakt voor ongeveer 150 sluitingen in 100 jaar levensduur. Om het echt te weten moeten we naar de installatie zelf kijken; dat gaat me voor nu te ver.
Met wiskunde en een Python-sausje kunnen we berekenen hoeveel sluitingen totaal de kering gaat krijgen bij een gekozen verloop van de zeespiegel. Ik doe dat vanaf 2022; de 30 reeds uitgevoerde sluitingen tel ik erbij. Het resultaat staat hieronder. Voor het VN-scenario heb ik nu meteen de bandbreedte erbij gegeven. Door het exponentiele verband tussen zeespiegelstijging en sluitfrequentie loopt de bovengrens van het VN-scenario nogal uit de hand.
Het wordt herhaling van zetten; zet de gemeten trend door dan halen we 2086. Onder het beleidsrelevante scenario ligt einde levensduur met 90% zekerheid tussen 2055 en 2100.
Afbreken, dichtgooien of aanpassen
Mijn analyse is gebaseerd op ongewijzigd gebruik van de kering. Het alarmpeil blijft NAP +3 m; de keringen langs de Oosterschelde hoeven niet te worden versterkt als gevolg van een hoger alarmpeil. Maar mocht het hoge scenario zich toch voltrekken, dan kan de levensduur van de kering nog worden verlengd. Als we het alarmpeil een halve meter hoger instellen, dan daalt de sluitfrequentie weer tot voor de kering veilige waarden. De keringen rondom de Oosterschelde zullen dan mogelijk wat moeten worden versterkt om het peil van 3,5 meter boven NAP veilig te kunnen keren. Ik verwacht dat dat wel zal lukken; in januari 1976 waren de waterstanden in de Oosterschelde 4 meter boven NAP. Het was ongeveer even hoog als in 1953; rampen bleven uit. Keringen zijn ouder en inzichten veranderd, maar het geeft een indicatie van de haalbaarheid.
"Afbreken of dichtgooien", stelt Bregje van Wesenbeeck voor op Universiteit van Nederland. Het lijkt me voorbarig. Afbreken betekent een verhoging van het alarmpeil tot zeker 5,5 meter boven NAP. Dat lijkt me onverstandig. En dichtgooien? Het zou de zoute natuur van de Oosterschelde verwoesten en het lijkt ook helemaal niet nodig.
Handhaven van de kering en eventueel de levensduur verlengen met een beperkte stijging van het alarmpeil, zoals ik hierboven schets, lijkt een veel betere oplossing. Aanpassen maar weer, zoals zo vaak in dit natte land. Ik hou ervan.
Methodes en bronnen
Ik heb deze blog gebaseerd op openbare informatie over de stormvloedkering. Omwille van de leesbaarheid heb ik bronverwijzingen beperkt opgenomen. De volgende rapporten zijn interessant:
- De brochure De stormvloedkering in de Oosterschelde geeft een mooi overzicht van geschiedenis, ontwerp en werking van de kering
- Een rapport van Deltares uit 2012 geeft heel veel informatie van mensen die decennia bij de kering betrokken zijn geweest. De bevinding dat het ontwerp-verval veel hoger was dan de vervallen bij het huidige gebruik heb ik onder meer daar gevonden
- Een oudje is het rapport Studie gebruiksmogelijkheden Stormvloedkering Oosterschelde uit 1988. Het laat zien dat niet alleen de kering is ontworpen, maar ook het gebruik ervan
Het beleidsrelevante scenario is het scenario ssp245 (in oude termen RCP4.5) dat in de nieuwste publicaties van het IPCC en UNFCC als "business-as-usual" wordt gehanteerd. De getallen voor Vlissingen zijn geimporteerd van de "NASA sealevel projection tool" en door mij alleen gecorrigeerd naar het nulpunt 1986.
Oplettende lezers hebben gezien dat het getij in Wemeldinge er in 1976 heel anders uitziet dan in 1953. Dat komt doordat er al veel afsluitingen gereed waren. Getij kwam alleen nog binnen via de monding van de Oosterschelde, terwijl het in 1953 ook via de Grevelingen en het Hellegat de Oosterschelde in kwam.