Sluizen in Rotterdam: geen rechtdoorzee oplossing voor droogteprobleem

Gepubliceerd: 6 september 2022

Nu de Rijn al weken veel minder water aanvoert dan gewoonlijk, moeten waterbeheerders alle zeilen bijzetten om het nog beschikbare Rijnwater zo goed mogelijk te verdelen. Veel van dit water gaat ‘verloren’ om zoutindringing in de Nieuwe Waterweg tegen te gaan. De vraag dringt zich op of het niet slimmer kan: sluizen bij Rotterdam!? Handig, want het afsluiten van de Nieuwe Waterweg wordt ook genoemd als optie voor de waterveiligheid bij versnelde zeespiegelstijging. Het is echter nog maar de vraag of het bouwen van sluizen wel een positief effect zal hebben op de zoetwatervoorziening. Hoe dat zit leggen we in dit artikel uit.

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 1, 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.

Figuur 1: Layout ‘Plan Sluizen’, overgenomen uit: “Motie Geurts, Deltaprogramma: onderzoek naar de effecten van sluizen in de Nieuwe Maas en Oude Maas op de waterveiligheid en de zoetwatervoorziening, ‘Nader onderzoek variant afsluiting Nieuwe Waterweg’ ”, Rijkswaterstaat, 19 november 2015. 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 aannamen, zie onderaan de tekst, en zonder maatregelen ter bestrijding van de zoutindringing).

Figuur 2: Voorbeeld van het verband tussen het zoutgehalte aan de binnenkant van de sluizen en de afvoer van rivierwater langs die sluizen. Zie voor de gedane aannames onderaan de tekst.

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 verbetering willen bereiken voor de zoetwaterbeschikbaarheid, dan zouden we die afvoer willen reduceren van 700 naar bv 500 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.

De zeevaartsluizen vormen de grootste uitdaging

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, dan wordt de situatie snel beter. Daarvoor zouden de kades voor zeeschepen dus bijna allemaal buiten de sluizen moeten liggen. Dat is nu niet het geval alhoewel dat voor de zeer grote schepen al geldt. Daarmee zal het waarschijnlijk nu niet mogelijk zijn om de schuttingen met zeeschepen voldoende klein te houden. Nog los van de vertragingen die dat teweeg zou brengen. Dat duidt er opnieuw op dat, op dit moment, sluizen in Rotterdam niet zouden helpen voor de beschikbaarheid van zoetwater.

In de toekomst zou dit anders kunnen zijn.

In de toekomst zou dit anders kunnen zijn. Door de overgang naar een groene en circulaire economie (geen overslag meer van kolen en ertsen) zullen haventerreinen vrijkomen en die zouden kunnen worden ingezet voor een verdere verschuiving van activiteiten, waardoor sluispassages door zeeschepen steeds meer een uitzondering zouden worden. Dezelfde terreinen 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 zouden binnenschepen voor deze bestemmingen geen sluis hoeven te passeren, waarmee vertraging wordt voorkomen en waardoor het probleem van 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.

Hartelkanaal

Deze verkenning geeft aan dat sluizen in Rotterdam nu geen oplossing bieden voor de zoutindringing. Dit kan in de toekomst anders worden, maar dat raakt aan het economisch beleid en de ontwikkelingen in de haven van Rotterdam. Als een verschuiving zoals geschetst past in het toekomstbeeld van de haven van Rotterdam dan kunnen op den duur sluizen in Rotterdam gaan bijdragen aan een beperking van de zoutindringing en het verbeteren van de zoetwaterbeschikbaarheid, zonder dat dit een al te grote negatieve impact heeft op de operatie in de haven van Rotterdam.

Samengevat

Sluizen bij Rotterdam als oplossing voor de zoetwatervoorziening is niet zo rechtdoorzee als het lijkt. Zoutindringing zal nog steeds optreden en er is dan veel zoetwater nodig om het zoutgehalte te beperken; zoet water dat niet voor andere doeleinden gebruikt kan worden. Het toepassen van selectieve onttrekking (zoals nu bij IJmuiden) vraagt veel ruimte, die bij Rotterdam niet zomaar beschikbaar is. Om een positief effect te bereiken zal het aantal schuttingen met zeevaartsluizen zeer sterk moeten worden beperkt. Dat zal op dit moment niet mogelijk zijn.

Dit wordt pas denkbaar als, in de toekomst, de inrichting van de haven zich zodanig verder ontwikkelt dat zeeschepen in de regel buiten de sluizen kunnen blijven. Als ook de meeste binnenschepen binnen de sluizen blijven, wordt daarmee het principe van de ‘dam’ weer in ere hersteld: een scheiding tussen zee en binnenwater, met maar een beperkt aantal sluispassages, waarmee de impact op de scheepvaart beperkt blijft en er een gunstig effect op de zoetwaterbeschikbaarheid bereikt kan worden.

Aannames berekeningen

De getoonde berekeningen zijn uitgevoerd op basis van de volgende aannamen:
·         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.

Over de auteurs

Otto Weiler is expert adviseur op het terrein van de Natte Kunstwerken: vooral schutsluizen, de zoutindringing door schutsluizen en het beheer van achterliggende zoete watersystemen op zoutgehalte.

Rolien van der Mark is expert scheepvaart en rivieren. Zij heeft meer dan 10 jaar ervaring met grote projecten rondom riviermorfologie, modellering en bevaarbaarheid.

Marjolein Mens is expert droogte en waterverdeling en werkt onder andere voor het Deltaprogramma Zoet Water

Inspiratie voor deze blog was een artikel in de krant over de aanleg van sluizen in de Nieuwe Waterweg tegen zoutindringing