Nogmaals sluizen in Rotterdam: hoe kunnen die ons helpen in een droge zomer?

We schreven er in 2022 al een blog over. Sindsdien is de interesse in deze oplossingsrichting niet afgenomen, onder andere in het licht van de recente resultaten van het Kennisprogramma Zeespiegelstijging .

Daarom maakten we een update van de blog van september 2022: op welke manier zou het afsluiten van de Nieuwe Waterweg kunnen werken voor de zoetwaterbeschikbaarheid, met zo min mogelijk impact voor het scheepvaartverkeer?

Zoutindringing in een open riviermonding

Als rivieren in open verbinding staan met de zee neemt de zoutconcentratie van het rivierwater geleidelijk toe richting de zee. Dit is een dynamisch systeem: onder invloed van getij en variatie in de aanvoer van zoet rivierwater is de zoutconcentratie nergens constant. Bij vloed neemt de concentratie toe en bij eb weer af. Verder landinwaarts wordt de invloed van zee steeds kleiner. Bij lage afvoeren kan het zeewater steeds verder indringen.

Het bijzondere van de open verbinding (in tegenstelling tot een afgesloten systeem) is dat door de in- en uitgaande getijstroming er menging is tussen het zwaardere zoute water dat over de bodem ‘kruipt’ en het zoete dat er eroverheen stroomt. Dit beperkt de afstand waarover het zoute water naar binnen kan dringen.

Situatie met sluizen in de Nieuwe Waterweg

Vaak wordt gedacht dat een of meerdere sluizen in de Nieuwe Waterweg zullen zorgen voor een harde scheiding van zoet en zout. Dat is echter niet zomaar het geval. Sluizen worden immers gebruikt om schepen te schutten en hierdoor komt er bij elke schutting zout water binnen, vooral door kolkuitwisseling. Dit zoute water zal langs de bodem landinwaarts trekken. Omdat er geen getij meer zal zijn wordt de menging veel kleiner dan nu het geval is en kan de zoute onderlaag verder landinwaarts komen.

De situatie zal daarmee gaan lijken op die van het Noordzeekanaal, waar als gevolg van het schutten bij IJmuiden de zoutconcentraties tot in Amsterdam, op 20 km van de sluizen, veelal oplopen tot zo’n 3000 mg Cl-/l. Vele malen hoger dan de streefwaarde van 250 mg Cl-/l voor natuur en landbouw en de bovengrens van 150 mg Cl-/l voor drinkwater. Ter vergelijking: op 20 km van eventuele sluizen in Rotterdam (zie Figuur 3) ligt de monding van de Lek: op die plaats willen we het water zoet houden voor de bereiding van drinkwater en onttrekkingen voor landbouw en natuur.

Het zout weer afvoeren: een evenwicht in het zoutgehalte

Het zoute water dat zo via de sluizen binnenkomt moet dus worden afgevoerd en daar is rivierwater voor nodig. Afhankelijk van de afvoer langs de sluizen ontstaat er een evenwichtswaarde voor het zoutgehalte aan de binnenkant van de sluizen: hoe groter de afvoer, hoe lager het zoutgehalte. Maar tegelijkertijd: hoe groter het verschil in zoutgehalte aan beide kanten, hoe groter de zoutindringing.

In het verleden is ten behoeve van de waterveiligheid al eens een combinatie van 6 sluizen voorgesteld: 3 in de Nieuwe Maas en 3 in de Oude Maas, zie Figuur 1.

Een verkennende berekening laat zien hoe het zoutgehalte zou kunnen variëren met de afvoer: Figuur 2 geeft de resultaten voor 3 situaties: een enkele binnenvaartsluis, een enkele zeevaartsluis en een combinatie van zes sluizen zoals in het voorstel van Figuur 1. Dit zou kunnen zijn: in de Nieuwe Maas één binnenvaartsluis en twee zeevaartsluizen, en in de Oude Maas twee binnenvaartsluizen en één zeevaartsluis. In totaal dus drie sluizen voor de binnenvaart en drie voor zeevaart (de lichtblauwe lijn). (Opmerking: de resultaten zijn indicatief en gelden bij de gedane ruwe aannames, zie onderaan deze blog, en zonder maatregelen ter bestrijding van de zoutindringing).

Op dit moment geldt dat bij een afvoer bij Lobith van ca. 1000 m3/s de afvoer bij Rotterdam ca. 700 m3/s is. Bij deze afvoer lopen de chlorideconcentraties bij Krimpen a/d IJssel al op, maar blijft de monding van de Lek nog net zoet. De Klimaatbestendige Wateraanvoervoorziening voor West-Nederland (waarbij water wordt aangevoerd vanuit de Lek en het Amsterdam-Rijnkanaal) is in zo’n scenario al actief. Als sluizen tot een verbetering moeten leiden voor de zoetwatervoorziening, dan zouden de chlorideconcentraties in dit scenario omlaag moeten gaan.

Als we een grote verbetering willen bereiken voor de zoetwaterbeschikbaarheid, dan zouden we die afvoer willen reduceren van 700 naar bv 100 m³/s. De berekening laat echter zien dat bij 700 m³/s het zoutgehalte aan de binnenkant van de sluizen al zou oplopen tot ca. 1350 mg Cl-/l. Als dit zoutgehalte ook in deze situatie (net als op het Noordzeekanaal) zou halveren over 20 km dan is dat ca. 700 mg Cl-/l in de monding van de Lek: ver boven de streefwaardes voor natuur, landbouw en drinkwater.

Bij dezelfde afvoer zou het zoutgehalte in de benedenloop van de rivieren dus veel hoger worden dan nu het geval is. Op basis van de nu gehanteerde aannames (o.a. de afmetingen van de sluizen, het aantal schuttingen en de halvering van het zoutgehalte over 20 km) moet dus geconcludeerd worden dat de bouw van sluizen in Rotterdam de beschikbaarheid van zoetwater dus niet beter maakt. Integendeel zelfs.

Sluizen zijn alleen een oplossing als tegelijk de zoutindringing wordt beperkt

Als er sluizen zouden worden gebouwd, zijn er dus ook maatregelen nodig om de zoutindringing te beperken. Daarbij kan gedacht worden aan bijvoorbeeld bellenschermen of een selectieve onttrekking (zoals nu bij IJmuiden wordt gebouwd). Bellenschermen kosten vooral voor zeevaartsluizen erg veel energie. Selectieve onttrekking vraagt erg veel ruimte, die op de locaties van de sluizen zeer moeilijk te vinden zal zijn. Beide liggen daarmee dus niet erg voor de hand.

Figuur 2 laat ook zien dat de benodigde afvoer vooral wordt bepaald door de zeevaartsluizen: het is vooral de grotere diepte van die sluizen die de zoutindringing zo groot maakt, waarvoor veel afvoer nodig is. Als het aantal schuttingen met zeevaartsluizen sterk zou kunnen worden beperkt, of sterker: als er überhaupt geen sluizen voor zeeschepen zouden hoeven worden gebouwd, dan wordt de situatie snel beter. Daarvoor zouden de kades voor zeeschepen dus allemaal buiten de sluizen moeten liggen. Voor de zeer grote schepen geldt dit al, maar niet voor de minder grote zeeschepen. De locatie van de sluizen wordt bepaald door waar de scheiding tussen zeevaart en binnenvaart zou kunnen komen te liggen.

Naar een scheiding van zeevaart en binnenvaart

Door de overgang naar een groene en circulaire economie (denk bijvoorbeeld aan het verdwijnen van overslag van kolen en ertsen, de opslag van waterstof, opwekken van groene energie), zal er sowieso een geleidelijke verschuiving van activiteiten in de haven plaatsvinden, en die kan/moet worden aangewend om keuzes te maken en aanpassingen te doen met betrekking tot hoe ver zeeschepen nog landinwaarts kunnen komen.

De haventerreinen westelijk van de Oude Maas zijn voor binnenvaartschepen bereikbaar via de ‘achterkant’: het Hartelkanaal. Ook deze ontwikkeling is al gaande. Als het Hartelkanaal aan het westelijke einde weer wordt afgesloten, evt. met een binnenvaartsluis in het Beerkanaal, ligt het Hartelkanaal geheel binnen de sluizen, aan de zoete kant. Dan zou een groot deel van de binnenschepen met bestemmingen in dit gebied geen sluis hoeven te passeren, waarmee vertraging wordt voorkomen en waardoor ook de zoutindringing nog kleiner zal worden. In feite wordt met deze ontwikkeling gaandeweg het oude principe van de ‘dam’ hersteld: met zeeschepen aan de zeezijde, binnenschepen aan de binnenzijde, en overslag en handel op de dam. Dit is waar veel plaatsen in Nederland hun naam en hun economische ontwikkeling aan te danken hebben.

Een vergelijkbare scheiding is denkbaar in de Nieuwe Maas, door een afsluiting (met sluizen voor de binnenvaart) tussen de Eemhaven (de zeezijde) en de Waalhaven (de rivierzijde) en overslag over land tussen beide havens. Ook dat zal vragen om het verplaatsen van activiteiten en het aanpassen van voorzieningen.

Deze verkenning geeft aan dat het bouwen van sluizen in Rotterdam alleen een oplossing kan bieden voor de zoetwatervoorziening mits er een zekere scheiding kan worden aangebracht tussen zeevaart en binnenvaart: met sluizen voor de binnenvaart (indien nodig voorzien van maatregelen tegen de zoutindringing) kunnen binnenvaartschepen nog wel naar de zeezijde, maar andersom eigenlijk niet meer.

Als we dat laatste incidenteel toch mogelijk willen maken, dan zou er een diepe sluis gebouwd kunnen worden met een wegneembare drempel aan het binnenhoofd op een zelfde diepte als bij een binnenvaartsluis. Dat brengt dan wel extra kosten met zich mee voor investering en beheer en onderhoud, en incidenteel een grotere zoutlast.

Samengevat

Sluizen bij Rotterdam als oplossing voor de zoetwatervoorziening is niet zo rechtdoorzee als het lijkt. Als er sluizen worden gebouwd voor zowel zeevaart als binnenvaart zal er nog steeds zoutindringing optreden en door het wegvallen van het getij is er dan veel zoetwater nodig om het zoutgehalte te beperken; zoetwater dat niet voor andere doeleinden gebruikt kan worden. Om een positief effect te bereiken, dat wil zeggen (veel) minder zoetwater nodig te hebben voor het bestrijden van de zoutindringing, kunnen eigenlijk alleen binnenvaartsluizen gebouwd worden. En dat vraagt om een (gedeeltelijke) scheiding van zeevaart en binnenvaart in de haven.

Om deze scheiding mogelijk te maken, zijn grote aanpassingen nodig; er zullen activiteiten moeten worden verplaatst en voorzieningen worden aangepast. Dat zal tijd en geld vragen. Als deze ontwikkeling tijdig wordt ingezet zullen de meeste binnenschepen binnen de sluizen kunnen blijven. Dat draagt bij aan het beperken van de zoutindringing en de hinder voor de scheepvaart neemt af. Daarmee wordt het principe van de ‘dam’ weer in ere hersteld.

Aannames berekeningen

De getoonde berekeningen zijn uitgevoerd op basis van de volgende aannames:

• drie sluizen in de Nieuwe Maas: 2x zeevaart en 1x binnenvaart;
• drie sluizen in de Nieuwe Maas: 1x zeevaart en 2x binnenvaart;
• afmetingen binnenvaartsluis (lengte x breedte x diepte op de drempel): 250 x 24 x 6 m
• afmetingen zeevaartsluis (lengte x breedte x diepte op de drempel): 300 x 35 x 13 m (ongeveer de ‘oude’ Panamax-afmetingen)
• gemiddelde waterstand binnen en buiten gelijk (ca. 0 m NAP)
• zoutgehalte aan de zeezijde: 27 psu ( ≈ 15.000 mg Cl-/ltr)
• zoutgehalte aan de rivierzijde 120 mg Cl-/ltr)
• elke sluis 12 schutcycli per etmaal (12 x naar binnen, 12x naar buiten)
• de kalibratiefactor voor de kolkuitwisseling: de representatieve deur-opentijd is 0,5 x de gemiddelde deur-opentijd bij 12 cycli over 24 uur
• het zoutgehalte aan de binnenkant van de sluizen wordt zowel gebruikt voor de berekening van de zoutindringing als voor de berekening van de afvoer van zout met de rivierafvoer

Aanscherping van deze aannames geeft een beter beeld van de te verwachten situatie.