24/7 informatie en state-of-the art numerieke modellen helpen gevaarlijke dwarsstroming te ontwijken

In 2005 liep Qatarees containerschip Fowairet vast op de plaat van Ossenisse. Op weg naar de haven van Antwerpen kreeg het schip te maken met een sterke dwarsstroming. Die wisselt ook nog eens op enkele kilometers 180° van richting (een ‘neer’). Dit treedt met name op bij giertij: een extreem sterk springtij wat jaarlijks meerdere keren voorkomt. Zo’n sterke verandering in stroming van ongeveer 2,5 tot 5 knopen kan schepen verrassen. Met een goede informatievoorziening en betrouwbare voorspellingen blijft een veilige scheepvaart gewaarborgd op dit deel van de Westerschelde.

Maar hoe kan zo’n dwarsstroming ontstaan? Een reproductie van de dwarsstroming door een numeriek model (zie dit onderzoek van Plancke, Meire en Schrijver, 2020) laat zien dat er aan de oostrand van de Plaat van Ossenisse een waterstandsdepressie is. Het water staat daar zo’n 20 cm lager dan in de rest van het gebied. De vloedstroom moet ter hoogte van Hansweert een bocht maken van ca. 180 graden, waardoor een waterstandsloop ontstaat. Dit hoort bij bochtstroming: hogere waterstanden in de buitenbocht en lagere waterstanden in de binnenbocht. Dit patroon wordt nog eens versterkt door de platen van Ossenisse, die zolang ze deels droogvallen bij laagwater een luwte langs de oostrand creëren. Deze waterstandsdepressie zorgt ervoor dat er een grote neer (met een diameter van ca. 1000 m) ontstaat in de periode rond hoogwater, met van richting veranderende dwarsstroming tot gevolg.

Meer onderzoek nodig

Op dit moment kan al informatie worden benut die dwarsstromingen voorspelt of registreert op een aantal manieren. Ten eerste is er een jaarlijkse voorspelling van de dwarsstromingen, gebaseerd op het astronomisch getij. Op basis van deze voorspellingen zal de Gemeenschappelijke Nautische Autoriteit (GNA) rekening houden bij het plannen van de op- en afvaart van de schepen, om te vermijden dat de schepen op het moment van de dwarsstroming door dit gebied moeten varen.

Aanvullend brengt het Hydro Meteo Centrum enkele uren voor het optreden van de dwarsstroming een waarschuwing uit op basis van modellen. Daarbij houdt men expliciet rekening met de meteorologische condities. Een meetschip van Rijkswaterstaat meet tijdens sterke dwarsstroming en geeft meetwaarden via de Verkeerspost Hansweert door. Op basis van deze informatie kan de kapitein, geadviseerd door een loods, zijn schip veiliger op en af de Westerschelde laten varen. Toch is dit niet altijd nauwkeurig genoeg, of op tijd om schepen te laten handelen. Het kan nog veiliger.

Verbeterde stromingsinformatie verzamelen

Vanuit Rijkswaterstaat Zee en Delta werd met hulp van het Waterbouwkundig Laboratorium verkend hoe de meest betrouwbare stromingsinformatie kan worden verzameld. In 2008 is een meetsysteem opgezet. BASS (Berichten Aan De Schelde Scheepvaart) geeft jaarlijks een tabel met voorspelde tijden waarop het giertij en vermoedelijk dwarsstromingen optreden. Elk jaar voegt men daar extra waarschuwingen aan toe vanwege bijzondere weersomstandigheden of vervallen bestaande waarschuwingen. Is er een waarschuwing actief, dan vaart er een meetschip van Rijkswaterstaat om aanvullende data te genereren.

Maar er zijn ook nadelen: de huidige werkwijze voldoet niet helemaal aan de informatiebehoefte. Een meetschip vaart een route en biedt dus geen volledig ruimtelijk overzicht of continue informatiestroom. Ook is het uitvoeren van de metingen ’s nachts moeilijk, terwijl ook het uitvoeren van dergelijke metingen gevaren met zich meebrengt. Tot slot is het best kostbaar om een schip in te zetten.

Er is behoefte aan een nieuw meetsysteem wat voldoende ruimtelijke dekking biedt, 24/7 informatievoorziening en updates die maximaal 3 minuten oud zijn. In dit verkennende onderzoek werden de opties tegen elkaar afgewogen:

• ADCP onder een boei: een meetsysteem in vaarwegboeien is snel te installeren, maar de kosten in onderhoud zijn hoog omdat deze systemen kwetsbaar zijn. Ook is de ruimtelijke dekking slecht en de radioverbinding onbetrouwbaar.
• H-ADCP aan een paal: deze wordt ook gebruikt bij IJmuiden en Eemshaven, en is betrouwbaarder dan de ADCP onder een boei. Er zijn meer parameters meetbaar, maar de aanschaf en onderhoud zijn kostbaar en de dekking (maximaal enkele honderden meters) niet significant beter dan de huidige methode (varende metingen).
• HF-radar: met dit systeem wordt de stroomsnelheid en -richting aan het wateroppervlak gemeten. Omdat de apparatuur aan wal staat is het minder kwetsbaar, goed toegankelijk, weersonafhankelijk en slijt het minder snel. De aanschafkosten zijn hoog, maar onderhoudskosten laag. Er zijn wel vergunningen nodig om de radar te plaatsen.

Na evaluatie van deze en meer opties bleek de HF-radar de voorkeursoptie te zijn. Onderzocht wordt een situatie met 2 meetstations, in Zeeuws-Vlaanderen en Zuid-Beveland. De radar gaat zo’n 20 jaar mee. Inmiddels is het budget goedgekeurd en is er een projectleider aangesteld. In 2021 worden inkooptraject en vergunningsaanvragen gestart, in de hoop om de radars in 2022 op te kunnen leveren.

Mitigerende maatregelen?

Naast goed meten en beter voorspellen, is de Permanente Commissie (PC) ook op zoek naar manieren om de hinderlijke dwarsstroming te verminderen. Daarom deed het Waterbouwkundig Laboratorium in opdracht van de PC een scenario-analyse (zie deelrapport 1 van scenario-onderzoek ‘Mitigatie dwarsstromingen Platen van Ossenisse’ door Stark, Smolders, Plancke en Mostaert, 2020). Startpunt was een advies van IMDC uit 2013, waarin het aanbrengen van sediment op de oostrand van de bocht van Ossenisse als mogelijke oplossing werd gezien. Anno 2020 blijkt deze oplossing niet meer te resulteren in een vermindering van de dwarsstroming.

In het onderzoek werden andere oplossingrichtingen met morfologische ingrepen in het gebied rond de Platen van Ossenisse bekeken. Hierbij werden zowel relatief beperkte ingrepen (lokale verhogingen of verlagingen van de bodem), als grootschalige ingrepen (e.g. verhogen/verlagen volledige plaat, aanbrengen kortsluitgeul door de plaat) onderzocht. In het algemeen laten deze nieuwe modelscenario’s zien dat de morfologische ingrepen die geimplementeerd werden enkel leiden tot kleine veranderingen in de sterkte en locatie van de waterstandsdepressie die de neer veroorzaakt.

Zulke kleine veranderingen in de positie (enkele honderden meters) van de neer kunnen echter een grote invloed hebben op de sterkte van de dwarsstorming ter hoogte van de vaargeul. De vermindering van de dwarsstroming blijft echter beperkt tot 10-16% voor de beperkte ingrepen en 10-30% voor de grootschalige ingrepen. Vanwege deze beperkte vermindering en de onzekerheid rond de duurzaamheid van de ingrepen, adviseert het Waterbouwkundig Laboratorium om te focussen op een betere voorspelling, fysieke metingen en training van de loodsen in de simulator op deze specifieke vaarcondities.

Voorspelcriteria onder de loep

Terug naar de data. Deltares onderzocht de dwarsstroming op basis van data uit 160 varende metingen tussen 2005 en 2019. Zo bleek de dwarsstroming soms sterker dan 1,5m per seconde te zijn, en treedt die gemiddeld genomen 20 minuten vóór tot 40 minuten na hoogwater bij Hansweert op. De waarschuwingen worden gegeven bij matige dwarsstroming en een sterke dwarsstroming en zijn gebaseerd op het verval tussen Terneuzen en Hansweert én de hoogwaterstand. Maar als je goed naar de relatie tussen deze indicatoren en de sterkte van de dwarsstroming kijkt, is die niet al te sterk (zie onderstaande figuren).

Figuren: linksboven ziet u een perfecte correlatie tussen de indicator en de sterkte van de dwarsstroming (pijl), rechtsboven de correlatie tussen verval en dwarsstroming, linksonder datzelfde voor de hoogwaterstand en rechtsonder voor de maximale stijgsnelheid van de waterstand.

Volgens Deltares is het criterium ‘maximale stijgsnelheid van de waterstand’ een stuk beter te relateren aan de sterkte van de dwarsstroming. Het probleem is echter: dit wordt door modellen nog niet nauwkeurig genoeg voorspeld. Daar wordt dan ook aan gewerkt in vervolgonderzoek. De maximale stijgsnelheid wordt voorlopig dus nog niet gebruikt als indicator voor voorspellingen, maar biedt wel kans om de voorspellingen in de toekomst nauwkeuriger te maken.

Betere predicties?

De afgelopen periode spande het Waterbouwkundig Laboratorium zich in om de beschikbare numerieke modellen de complexe stroompatronen nabij de oostrand van de Platen van Ossenisse beter te kunnen laten nabootsen. Momenteel wordt dit model verder gevalideerd voor verschillende condities. Dat gaat om zowel situaties waarbij de dwarsstroming is gemeten in de afgelopen jaren, maar ook voor situaties waar er geen dwarsstroming optreedt. Dit doet het WL om de betrouwbaarheid van de voorspellingen op het vlak van dwarsstroming te verbeteren. De inzet van een dergelijk voorspelmodel zal samen met de bestaande voorspelmodellen voor waterstanden (incl. het verhogen van de voorspelhorizon voor dwarsstromingswaarschuwing van enkele uren naar 2 à 4 getijden) en de toekomstige HF-radar de lokale stromingscondities beter in beeld moeten brengen en de veilige scheepvaart hier nog beter te garanderen.