Drijvende Golfdempers

Een slim alternatief voor zandsuppletie

Voorstel voor innovatie in topsector Water

Adviesgroep Butijn & van den Haak

ir. D.M. Butijn,

R. van den Haak ing

4 september 2013

Drijvende golfdempers zijn een goedkoper en effectiever alternatief voor zandsuppletie als verdedigingsmiddel voor de kust. Het Deltaprogramma kiest in DP2014 voor het bekende concept van zandsuppletie echter bij die keuze is nauwelijks gekeken naar andere mogelijkheden van kustverdediging. Drijvende golfdempers dempen niet alleen de verwoestende kracht van stormgolven, ze leveren ook een afdoende actieve bijdrage aan het continu noodzakelijke zandtransport naar de kust. Het concept is innovatief, snel realiseerbaar en aantrekkelijk voor het milieu en onze kenniseconomie om maar enkele voordelen te noemen.


Bewezen concept

In 1993-1995 zijn bij de faculteit Civiele Techniek van TU Delft al studies uitgevoerd en met succes praktijktesten gedaan naar dit nieuwe concept 1).

De werking is eigenlijk heel eenvoudig: leg een drijvende ‘buis’ van 125 m lang en 7 m doorsnee 2 km voor de kust schuin op de aankomende golven. De golfdemper rust op de golftoppen die worden afgeremd en daardoor de golfdalen vullen. Achter de golfdempers is de golfhoogte met 50% verminderd.

Figuur 1: golf komt van rechts en wordt gedempt door de drijvende golfdemper

Golven, een tweeledig gevaar

De kust wordt via twee kanten bedreigd door de golfbeweging van de zee.

In de eerste plaats zijn er de stormgolven. Hoge golven, zeker in combinatie met hoog water, beuken in op de primaire dijken en duinen die daardoor grote schade kunnen ondervinden tot aan doorbraak toe.

Daarnaast zijn de golven tezamen met de Zuid-Noord zeestroming verantwoordelijk voor een continue aan- en afvoer van zand naar de kust. De zeestroming zorgt met de kleine golven voor aanvoer van zand naar de kust; de hoge golven daarentegen voeren het zand zee-inwaarts. Over lange tijd is er ongeveer een evenwicht tussen beide. “Ongeveer”, maar niet helemaal, want zeespiegelstijging en grotere extremen in windkracht hebben het evenwicht sinds de tweede helft van de vorige eeuw uit balans gebracht, ten nadele van de aanwas.

Figuur 2: hoge golven hebben een verwoestende werking op de kust

Om te voorkomen dat strand en duinen onacceptabel veel worden aangetast is Rijkswaterstaat in ca. 1990 gestart met structurele zandsuppletie op de stranden. Om kosten te besparen wordt sinds enige jaren ook zand aangebracht juist voor de kustlijn in zee. Het zand wordt gewonnen met sleephopper­zuigers enige tientallen kilometers voor de kust.

In 1990 bedroeg de suppletie 7,5 miljoen m3 per jaar. Inmiddels is dat gestegen tot bijna 20 miljoen m3 per jaar en de verwachting is dat het volume in 2060 gestegen zal zijn tot 50 miljoen m3.

Al het gesuppleerde zand wordt door de natuurlijke mechanismen weer naar zee gebracht waardoor zandsuppletie als oplossing nooit zal stoppen.

Golfdempers zijn slimmer

Golfdempers bestrijden beide effecten van de aanvallende werking van de golven.

De hoge stormgolven worden tot de helft getemperd wat de verwoestende werking op de kust marginaliseert. De golf­dempers kunnen automatisch in elke willekeurige hoek ten opzichte van de golven worden bewogen zodat bij verschillende windrichtingen de optimale hoekstand kan worden ingesteld. De golfdempers zijn daartoe aan beide uit­einden met kettingen verankerd. Aan één zijde met vast aan de golfdemper bevestigde kettingen, aan de andere zijde met een verplaatsbare ketting waardoor de golfdemper draaibaar wordt.

Figuur 3: golfdempers verplaatsen zand langs de kust door te manipulereren met de hoekstand ervan

Het tweede effect, het verstoorde evenwicht tussen aan- en afvoer van zand, wordt in positieve richting beïnvloed door de werking van de golfdempers. De golfdemper verlaagt de gemiddelde golfhoogte wat de zandafvoer vanaf de kust vermindert en de aanvoer verhoogt. De golfdemper zorgt zodoende voor continue aanvoer van zand naar de kust! De mate waarin dit gebeurt kan worden geregeld door de hoek van de golfdemper te verstellen. Zelfs is het mogelijk zand langzaam langs te kust te verplaatsen door te manipuleren met de hoek van de golfdemper (figuur 3).

Golfdempers zijn milieuvriendelijker

Zandsuppletie deponeert grote hoeveelheden zand plaatselijk op de kust of, in toenemende mate, in zee juist voor de kustlijn. Het maritieme leven zoals kleine zeedieren waaronder schelpen wordt daardoor sterk nadelig beïnvloed. Ook het opzuigen van zand gebeurt op de zeebodem niet zonder het milieu daar aan te tasten.

Voordeel van golfdempers is dat zij het milieu niet of nauwelijks beïnvloeden. Hun werking is gelijkmatig. De natuurkrachten doen hun ‘normale’ werk.

Naast zijn primaire golfdempende functie is de golfdemper ook in te zetten als golfenergiecentrale. Tijdens normaal weer zal de golfdemper veelal parallel

Figuur 4: golfdempers als elektriciteitsopwekker tijdens rustig weer.

aan de golftoppen worden ingesteld. De golven worden dan grotendeels doorgelaten waarbij de golfdemper zelf om zijn langsas met de golven zal meebewegen. Die beweging is bijvoorbeeld door middel van een staaldraad en generator om te zetten in elektrische energie.

Golfdempers zijn technisch goed realiseerbaar

De golfdempers zoals hier voorgesteld zijn technisch onderzocht en prima realiseerbaar. Van den Haak heeft al in 1988 hiervoor de basis gelegd met het VA ponton systeem2).

Figuur 5: doorsnede golfdempers. Uitvoering in staal of beton.

Golfdempers zijn goedkoper

Ook op het gebied van kosten presteren golfdempers beter dan zandsuppletie.

Opzuigen, transporteren en opspuiten van zand kost per m3 ca € 4,50. Gerekend over 50 jaar (de levensduur van de golfdempers), met een zandsuppletie oplopend tot 50 miljoen m3 per jaar kost zandsuppletie € 8 miljard euro; de cumulatieve netto contante waarde (NCW) bedraagt over die periode € 2,1 miljard bij een discontorente van 6%.

Golfdempers kosten € 1,5 miljoen per stuk. Voor de Hollandse en Zeeuwse kust zijn 750 golfdempers nodig. Inclusief instandhouding gedurende 50 jaar bedragen de totale kosten € 2,4 miljard. De NCW bedraagt € 1,1 miljard.

Golfdempers zijn innovatief

Drijvende golfdempers zijn in hoge mate innovatief. Zij dragen, meer dan zand­suppletie, bij aan kennis­ontwikkeling op het gebied van water en passen uitstekend binnen het topsectorenbeleid water.

Golfdempers: niet wachten

Golfdempers kunnen adaptief worden aangebracht: de zwakste schakels eerst. Gezien de grote voordelen van drijvende golfdempers ten opzichte van zand­suppletie is het te rechtvaardigen deze optie mee te nemen in de afweging naar de gewenste oplossing voor verdediging van de Noordzeekust.

Bronnen

1)

- Zanddiodes voor Delfland, Onderzoek naar de invloed van drijvende golfbrekers op de Delflandse kust, H.J.van Engelen, aug.1995. Afstudeercommissie: Prof. Ir. K. d’Angremond, Ir. W.T.Bakker, W.W.Massie MSc, Prof.dr.ir. J.A.Pinkster; TU Delft, Faculteit der civiele Techniek,vakgroep Waterbouwkunde, Sectie Kustwaterbouw.

- Vryhof floating breaking water, A Preliminary Study on wave attenuation and Mooring Forces, april 1993 by R.J.W.Burgers, TU Delft Technische universiteit Delft, Faculteit der CivivieleTechniek, Offshore Technologie, in cooperation with Vryhof Ankers B.V. April 13, 1993

2)

www.haaksezeedijk.nl

Enkele opmerkingen betreffende de Haakse Zeedijk

Momenteel  is de Haakse zeedijk als te duur opzij geschoven. Er gaat momenteel echter een zeer groot deel van ons budget verloren aan het ophogen van bruggen, dijken, sluizen, gemalen, verzilting en wegen.

Uiteindelijk zal het zeeniveau  zover  gestegen zijn dat de enige oplossing zal zijn, om voor  de  kust  drie bekkens te  creëren  waar onze  rivieren  in uitstromen en waarin het huidige zeeniveau of lager gehandhaafd wordt.

Aangezien Nederland zakt, zal het peil in de bekkens eveneens met het rivierpeil meezakken, zodat bruggen, dijken, sluizen, gemalen etc. niet meer hoeven te worden verhoogd, alleen nog maar behoe-ven te worden bijgehouden.

De  Drechtsteden  zijn  van de dreiging af.

De verzilting stopt of vermindert. Het IJsselmeer peil zakt eveneens mee en kan het Noordbekken instromen.

De zeer grote bekkens kunnen, bij een gelijktijdig optreden van een superstorm een hoge  rivieraanvoer makkelijk opnemen. Twee dagen hoge rivieraanvoer kan men in drie weken makkelijk de zee in spuien  door  gedurende  elke  drie  dagen  de  Zuiderspuisluizen  in die bekkens bij eb open  te  zetten  en  daarna  enkele  dagen  de  Noorderspui-sluizen  bij vloed te openen. Men  roept daarmee  een  zekere  ringstroming  op  en  worden volgens RWS Utrecht de  bekkens elke drie weken ververst.

Bij  een sterk  gestegen  zeeniveau,  misschien  over anderhalve  eeuw, kunnen Waterkrachtpompc-entrales het natuurlijke spuien overnemen. Omdat ze zowel energie opwekken, als het rivierwater naar zee pompen, is dit een zeer economische oplossing. Wellicht besluiten de energiemaatschappijen  daar in combinatie met windturbines al eerder hun voordeel mee te willen doen. Een valmeer binnen het bekken zal aanzienlijk goedkoper zijn dan midden in zee.

Hopperzuigers verstoren gedurende vele eeuwen de zeebodem  inclusief  hun  bewoners tot twee meter diep over vele  duizenden vierkante kilometers, mede  door de steeds groter wordende zandsuppleties!

Een diepzuiger produceert in dezelfde tijdspanne evenveel zand als de huidige gebruikte hopperzuigers en kost  een vijfde daarvan, heeft geen dure zeebe-manning,  vaart  geen  20  kilometer  de  zee op om daar  zand  op te zuigen en met dat zand terug te varen en het daar weer uit zijn laadruim te pompen.

Een diepzuiger beweegt  zich  zeer economisch aan ankers langzaam voort en perst het zand via een pijpleiding de nieuwe dijk op. De zandkosten  van de diepzuiger bedragen daardoor een vijfde tot een kwart van die van hopper-zuigers. De zeebodem  in de bekkens wordt dan tijdens  de  aanleg gedurende slechts zeer korte tijd 20 m diep verstoord.

De Haakse duindijken zijn vanaf de huidige kust niet zichtbaar.

De bekkens  kunnen  een  fantastisch  zeil-, surfsport- en natuurgebied worden!

Door de aanzienlijk  grote  bekkens  kunnen  zeer  hoge rivieraanvoeren makkelijker verwerkt worden  dan nu bij de huidige  Zeeuwse  wateren. Drie dagen hoge rivieraanvoer, drie weken zeewaarts pompen.  De  spuisluizen kunnen ook aanzienlijk kleiner, dus goedkoper zijn. Een grote besparing op de aanleg van de dijk

Golfdempers kunnen dan naar de nieuwe kust geplaatst worden, waardoor de vooroever ook relatief steil gehouden kan worden en kosten-besparend bij de suppletie van de dijk werkt.

Geen wegen over de dwarsdijken maar gewoon, net als bij de Wadden-eilanden scheepsverkeer. Een vleugelboot doet er hooguit een kwartier over.

Verwacht wordt dat de Maeslantkering in 2075 zal moeten worden ver-vangen. Door deze dan verder zeewaarts te leg-gen kunnen de bekkens, waarvan de aanleg circa 30 jaar zal vergen, ook op onze rivieren aangesloten worden en kan een tegelijkertijd optredende superstorm in combinatie met hoge rivieraanvoer ons niet meer verrassen.

Met storm kunnen de golven in de bekkens ongeveer een 3 m hoog worden.

De toenemende weersexstremen over de hele wereld en het tot in de verre toekomst sterk stijgend zeeniveau, plus een nog steeds zakkend Nederland, zal ons noodzaken onze taken sterk aan te pakken. Bij de geplande trage reparatie van de zwakke delen zal gelijktijdige overstroming van Noord en ZdHolland niet uitgesloten zijn. Vele bedrijven zullen dan naar Duitsland verhuizen. Vertraag de besteding aan het ophogen van bruggen, dijken, sluizen, gemalen, verzilting ten bate van onze kust.


© Copyright 2004-2017 - De Haakse Zeedijk - R. van den Haak