Vlot en veilig naar de Scheldehavens dankzij dynamische kielspeling

De Gemeenschappelijke Nautische Autoriteit (GNA) berekent de tijvensters waarbinnen grote, diepe schepen veilig en vlot de Scheldehavens bereiken. Om te voorkomen dat die schepen de bodem raken of zelfs vastlopen, moet er voldoende kielspeling zijn: de afstand van de onderkant van het schip tot de rivier- of zeebodem.Sinds dit jaar gebruikt de GNA een veelbelovende, nieuwe rekenmethode die naast de waterstand rekening houdt met dynamische factoren als de windkracht en de hoogte van golven. Is dynamische kielspeling de gedroomde opvolger van de gebruikelijke rekenmethode? Het Waterbouwkundig Laboratorium in Antwerpen en de Universiteit Gent toetsten de methode aan de praktijk met het Nederlandse Loodswezen en DAB Loodswezen.

Project Dynamische Kielspeling

In het project Dynamische Kielspeling (DKS) werken Nederland en Vlaanderen al 8 jaar samen aan veiligheid en toegankelijkheid voor de droge bulkvaart. Dieter Sauvage is de Vlaamse projectleider van Dynamische Kielspeling (DKS). Hij vertelt: “Het is een belangrijk, innovatief dossier voor de havens in Vlaanderen en Nederland. De vraag kwam op: kan de veiligheid en toegankelijkheid verder worden verbeterd zonder fysieke ingrepen? De oplossing werd gezocht in dynamische kielspeling. Deze nieuwe rekenmethode werd al gebruikt voor tientallen reizen per jaar van bulkschepen op het zeetraject van en naar Vlissingen-Sloe. Die schepen liggen gerust 12 tot 16 meter diep in het water. Voorlopig beperken we ons tot het zeetraject, omdat de modellering voor de Westerschelde moeilijk blijkt.”

Oude methode

Doorgaans wordt voor de berekening van de kielspeling de bruto underkeel clearance (UKC) gehanteerd. Dat is een deterministisch rekenmodel, waarbij de benodigde kielspeling wordt vastgesteld met behulp van een vast percentage. (De uitvoerwaarden zijn bij een deterministisch model steeds gelijk bij dezelfde invoerwaarden). Een UKC van 15% betekent bijvoorbeeld dat de kielspeling 15% bedraagt van de diepgang van het schip in het water. Ligt het schip 10 meter diep, dan moet de minimale UKC 1,5 meter zijn. Alleen werd bij de berekening van de UKC geen rekening gehouden met de weersomstandigheden. Sauvage: “Om in de toekomst de veiligheid en toegankelijkheid voor bulkschepen te verbeteren, werd eraan gedacht om de kielspeling afhankelijk te maken van de omstandigheden. Bij goed weer is minder dan 15% misschien voldoende en bij slecht weer kan misschien beter een grotere kielspeling worden aangehouden.” Bij goed weer kunnen de schepen zo zwaarder beladen worden of kunnen tijpoorten langer open blijven. Op die wens is dynamische kielspeling gebaseerd. Zo winnen we aan veiligheid én efficiëntie.

Nieuwe methode

Dynamische kielspeling is een probabilistische rekenmethode, gebaseerd op de waterstand, de feitelijke wind en de golfhoogte. Behalve deze hydrometeorologische factoren, spelen ook het romptype en de vaarsnelheid een rol. Met de gezamenlijke factoren kan worden berekend hoeveel kielspeling een specifiek schip nodig heeft op een specifiek moment en op een specifieke locatie. Het is een probabilistische methode, omdat de aanvaardbaarheid van een reis wordt beoordeeld op basis van de kans op bodemraking.

Meetpalen in zee, astronomische voorspellingen van het getij en metingen van de windsnelheid leveren data aan WESP, de software die GNA gebruikt om de tijpoorten te berekenen. Eind 2021 is de applicatie ProTide ingebouwd: het rekenhart waarmee de kielspeling op de nieuwe, probabilistische wijze wordt berekend. “ProTide werkt voor alle bulkschepen op zee. Het belangrijkste daarbij is de squatformule voor de berekening van de inzinking van het schip tijdens de vaart. Door squat kan een schip dat in statische toestand voldoende water onder de kiel heeft, tijdens het varen toch de grond raken. Er is veel onderzoek gedaan om de squatformule juist te krijgen voor bulkschepen. Om aan de vooropgestelde veiligheidsvereisten te voldoen en de kans op het raken van de bodem zo klein mogelijk te maken, moet de berekening uiterst betrouwbaar zijn. Dat vereist een grote hoeveelheid aan gegevens om het systeem af te stellen en te controleren. De ontwikkelaars moesten daarvoor meetreizen organiseren en de resultaten daarvan toetsen aan het rekenmodel.”

Testvaarten

In 2017 en 2019 vonden meerdere testvaarten plaats naar de Scheldehavens om de betrouwbaarheid van de nieuwe rekenmethode te toetsen. Apparatuur aan boord mat de verticale scheepsbewegingen tijdens zeven vaarten van bulkcarriers op zee naar Vlissingen-Sloehaven (Vlissingen-Oost) en negen meetvaarten van containerschepen van en naar Antwerpen. De voorspellingen van ProTide van de scheepsbewegingen kwamen goed overeen met de metingen tijdens de zeven reizen van bulkcarriers naar Vlissingen (de negen meetvaarten op containerschepen van en naar Antwerpen zijn nog niet doorgerekend, omdat er geen op dit moment geen specifieke squatformules voor bestaan). ProTide bleek dus goed te werken. Dit leidde tot een volgende fase, het zogenaamde schaduwdraaien: voor de op- en afvarende bulkcarriers naar Vlissingen-Sloehaven wordt sinds augustus 2018 zowel een deterministische als een probabilistische tijpoort uitgegeven.

Blijvende evaluatie

De GNA bepaalt de kielspeling voor bulkschepen naar Vlissingen nog steeds op de oude en nieuwe manier. “Elk jaar willen we kijken: waar zit de winst van dynamische kielspeling ten opzichte van de oude methode? Door de resultaten van beide methodieken te vergelijken, kun je het percentage schepen bepalen dat met grotere diepte of een langere tijpoort kon varen. Of juist het tegenovergestelde. We zien dat schepen in veel gevallen een ruimer tijvenster kunnen krijgen of zwaarder beladen kunnen worden.”

Invoering in fasen

De invoering van de nieuwe rekenmethode verloopt in fasen. “We zijn nu bezig met de tweede fase en de voorbereidingen op de derde”, zegt Sauvage. Hij legt uit dat de eerste fase, de bulkvaart op het zeetraject van en naar Vlissingen, al is afgerond.De tweede fase is een gemengd traject voor de bulkvaart van en naar Antwerpen.  Hierbij wordt op Schelde nog op de oude manier gerekend, en op zee met de nieuwe.  De derde fase is dan het toepassen van dynamische berekening op de bulkvaart van en naar Antwerpen op het zeetraject. Dan wordt dynamische kielspeling mogelijk uitgebreid naar alle vaart, zoals containerschepen, tankers en roll-on-roll-offschepen. In de vierde en laatste fase volgt misschien de invoering van dynamische kielspeling op de Westerschelde. Dat zal afhangen van overwegingen als tijd, budget en een analyse van de kosten en baten.

Dynamische kielspeling: een succesvolle methode?

Uit de testen en de evaluatie blijkt dat dynamische kielspeling nu al een waardevol instrument is om de veiligheid en toegankelijkheid voor bulkschepen te vergroten. In hoeverre de nieuwe rekenmethode ook geschikt is voor andere scheepstypes, moet nog blijken. Duidelijk is wel dat bulkschepen in veel gevallen een ruimer en meer flexibel aanloopvenster of tijpoort krijgen of zwaarder beladen kunnen worden. De toegang tot havens verbetert en dat is goed nieuws voor de concurrentiepositie van de Scheldehavens. Ook de veiligheid gaat erop vooruit, omdat dynamische kielspeling rekening houdt met uitzonderlijke omstandigheden. Dynamische kielspeling heeft dus voordelen: nu is het wachten wat de toekomst brengt!