Voor het realiseren van estuariene natuur in de Schorerpolder-noord, is in het dijklichaam met gebiedsontsluitingsweg N662 een doorlaatmiddel voorzien. Het civiele ontwerp behoort tot de functie
“Waterbeheren - doorstroming” (figuur 5.1) en is binnen het ontwerpproces een onderdeel van stap 4 (constructie) en van stap 5 (afmetingen). Naast de randvoorwaarden en uitgangspunten in het PvE gelden de ecologische en hydraulische parameters uit het vorige hoofdstuk als input. De ontwerpdelen binnen deze functie zijn:
• Waterdoorstroming – doorlaatmiddel:
o Constructiekeuze o Afsluitmiddel
o Hydraulische situaties
o Afmetingen – doorstromingsoppervlak o Sluitingsregime
Om de juiste constructie te kunnen bepalen zijn in een
variantenanalyse een achttal constructies gewogen. Onderbouwingen en berekeningen zijn opgenomen in Bijlage-D (constructieanalyse), Bijlage-E en Excel bestand “Bijlage-E_Ontwerp_
doorlaatmiddel_DEF01.xls”
5.1 Constructie analyse doorlaatmiddel
In de nieuwe situatie zal het dijklichaam met de Ritthemsestraat (N662) als binnenberm van de primaire waterkering fungeren. Een doorlaatmiddel zorgt voor de toestroom van het getij naar de Schorerpolder-noord en kruist deze primaire waterkering met gebiedsontsluitingsweg. In dit hoofdstuk worden keuzemogelijkheden behandeld met een onderbouwing voor de best toepasbare doorlaatconstructie (voorkeursvariant). In het ontwerpproces is dit pas mogelijk nadat vanuit de hydraulische berekeningen een doorstroomoppervlak is vast komen te staan van 12 m2. Deze doorlaatopening is medebepalend geweest voor de uiteindelijke constructie. Aan de hand van een varianten analyse zijn acht doorlaatconstructies gewogen, waarbij is gezocht naar realistische, toepasbare en compacte oplossingen, die toegankelijk zijn voor onderhoud. De eisen aan het doorlaatmiddel zijn dat de constructie:
• Voldoende doorstroomoppervlak moet hebben;
• Moet functioneren middels doorstroming onder vrij verval;
• Geschikt moet zijn voor het tweezijdig in- en uitlaten van water;
• Geschikt moet zijn voor automatisch / regelbaar bedrijf;
• Het water dubbelzijdig moet kunnen keren;
• Realistisch en uitvoerbaar is.
De beoordeelde constructies zijn met een korte omschrijving en scoringsresultaten, opgenomen in tabel 5.1. De voorkeursvariant is een getijdenduiker met een tweezijdige in- en uitlaat. In combinatie met hydraulisch aangedreven schuiven, is dit een realistisch ontwerp dat in lijn is met de genoemde succesfactor “realistisch en uitvoerbaar”. Als bewezen constructie met een beperkte hoogte, kent deze nagenoeg geen belemmeringen voor het doorgaande wegverkeer en kan grotendeels in het dijklichaam worden opgenomen (landschappelijke inpassing). Nadelen zijn een moeilijkere bereikbaarheid in de koker (onderhoud) en de kleinere doorstroomopening ten opzichte van de open-constructie. Dit laatste nadeel is beperkt en gezien de geringe afmetingen van de doorstroomopening (12 m2) worden er geen constructieve problemen verwacht.
Figuur 5.1: Functieboom Schorerpolder functie “waterbeheren - doorstroming”.
H
Tabel 5.1: Overzicht toepasbare constructievarianten voor het doorlaatmiddel.
Open-goot constructie Gesloten constructie
Hefdeur Puntdeur Roldeur Draaideur Balgstuw Bodemklep Duiker Hevel
score 5
De constructies zijn relatief (ten opzichte van elkaar) beoordeeld op 13 onderdelen, met per onderdeel een score van -1, 0 of 1.
De getijdenduiker is de constructie met de hoogste score. Zie uitwerking bijlage-D.
Voor het waterkerend afsluiten van de koker(s) worden verticale schuiven met hydraulische aandrijving geadviseerd. Dit is een functionele toepassing met compacte afmetingen zonder beweegbare onderdelen in de zoute buitenlucht. De constructie is geschikt voor het naar twee zijden keren van grote waterdrukken en kan de doorstroming ook in noodsituaties afsluiten.
Bij een tweetal constructies, de balgstuw en de klepstuw (bodemklep), is niet op voorhand te zeggen of deze geschikt zijn voor een toepassing in de primaire waterkering. Beide constructies hebben een lage score en worden niet geadviseerd.
Samenvattend met voorstel
Het voorstel is een duiker als doorlaatmiddel met hydraulisch aangedreven schuiven toe te passen.
Dit is een bewezen toepassing en past binnen de onderhoudsvisie van het Waterschap Scheldestromen. De opdrachtgever gaat akkoord met dit voorstel, dat in het verdere ontwerp wordt aangehouden.
5.2 Doorlaatmiddel ontwerp
Het doorlaatmiddel in de primaire waterkering vormt een hydraulische barrier tussen het haven-gebied en de Schorerpolder-noord (het bekken) en kent een drietal hydraulische situaties: een duiker, een volkomen of een onvolkomen overlaat. Bij een duiker wordt de doorstroomhoogte beperkt door een kopbalk, terwijl de hoogte bij een overlaat (min of meer) onbeperkt is. Indien het niveauverschil tussen de instroom- en de uitstroomopening groter is dan 2/3 maal de hoge waterstand, is sprake van een volkomen overlaat. Bij dit hoogteverschil, ondervindt de uitstroom-snelheid bij een volkomen overlaat geen weerstand van de benedenstroomse waterstand en kunnen in het doorlaatmiddel grote snelheden optreden. De toegepaste ontwerpformules 5.1 t/m 5.3 zijn voor een duiker respectievelijk een volkomen overlaat en onvolkomen overlaat.
Het tussentijdse voorstel is een getijden-duiker toe te passen met hydraulisch aan-gedreven schuiven. Dit voorstel is door de opdrachtgever aangenomen.
Rekenprogramma’s
Binnen het hydraulische ontwerp is voor het berekenen van het doorstroomoppervlak, de waterstand in het bekken en toekomstige morfologische ontwikkelingen, gebruik gemaakt van een drietal rekenprogramma’s met als doel de rekenresultaten op meerdere wijzen te kunnen toetsen.
De programma’s zijn:
• Excel (Microsoft) voor spreadsheet berekeningen en met grafische mogelijkheden.
• Duik (Rijkswaterstaat) voor het berekenen van de waterstand in de Schorerpolder.
• Finel2D (Svašek) voor het berekenen van toekomstige morfologische ontwikkelingen.
De programma’s Duik en Finel2D moeten als black-box worden gezien. De definitieve parameter-waarden komen tot stand, na een iteratief proces tussen droogvallend oppervlak, getijdenslag, komberging, afmetingen en doorstroming, waarbij de programma’s elkaar ondersteunen. Het programma Finel2D wordt verder toegepast voor inzicht in de morfologische ontwikkelingen (hoofdstuk 6) .
Doorlaatmiddel rekenuitkomsten
Tabel 5.2 is een verzameling van gegevens aan de hand van berekeningen uit bovenstaande rekenprogramma’s, waarbij de rekenuitkomsten vergelijkbare waterstanden in het bekken laten zien: NAP+1,88m. tot NAP+1,95m.
Tabel 5.2: Grafieken waterstand in Schorerpolder-noord- en –zuid in 1x situatie.
Programma Excel Programma Duik Programma Finel2D
Waterstand Hgetij max. = NAP+2,40m. Waterstand Hgetij max. = NAP+2,40m. Waterstand Hgetij max. = NAP+2,35m.
Waterstand Hbekken max.= NAP+1,88m. Waterstand Hbekken max. = NAP+1,94m. Waterstand Hbekken max. = NAP+1,98m.
Debiet = 23,8 m3/s Debiet = 44m3/s Debiet = 33 m3/s
Afvoercoëfficiënt gemiddeld = 0,75 [-] Afvoercoëfficiënt gemiddeld = 0,88 [-] Afvoercoëfficiënt gemiddeld 0,84 [-]
Opmerking: berekening is opgesteld vanaf NAP0,00m.
Opmerking: De kombergingsgrafiek is geschematiseerd als rechte lijn.
Opmerking: het meetpunt ligt op NAP+0,20m. Drempel = NAP-1,00m.
De rekenprogramma’s laten vergelijkbare uitkomsten zien, maar de berekeningen zijn niet geheel identiek ten gevolge van verschillen in de opzet van de programma’s. De verschillen hebben betrekking op de invoermogelijkheden van de afvoercoëfficiënt (vast of variabel), de kombergingsgrafieken (rechte lijn of verloop aan de hand van een kromme) en de meetpunten (liggen bij Fibel2D op ruime afstand van het doorlaatmiddel).
Tijdens een iteratief proces waarbij de parameters als hoogteligging (drempel en kopbalk), door-stroomoppervlak, debiet en de aanleg van geulen zijn aangepast, laten de programma’s vergelijk-bare uitkomsten zien met als definitief voorstel het toepassen van een getijdenduiker van 6x2 m.
(bxh) en een drempel op NAP-1,00m. inclusief de aanleg van een geul. Alle berekeningen tonen het vollopen en het leeglopen van het gebied aan met een droogvalduur van ca. drie uur per getij.
Afweging dwarsdoorsnede N662 en ligging doorlaatmiddel
Eén van de criteria in de variantenanalyse heeft betrekking op voorziene uitvoeringskosten ten behoeve van de doorstroming (N662). Variant-V heeft een maximale score door de combinatie van Het voorstel is een getijdenduiker toe te passen met een doorstroomoppervlak van 12m2 met een drempel en aansluitende geulen op NAP-1,00m.
handhaven tracé en primaire waterkering . Als afweging is gekozen om de N662 een onderdeel te laten zijn van de binnenberm. Berekeningen tonen dat bij de bestaande hoogte van het dijklichaam (NAP+4,00m.) geen golfoverslag plaatsvindt vanuit het bekken. Toepassen als buitenberm is vanuit kostenperspectief niet te adviseren: het verschil in hoogte met de buitenberm (NAP+5,90m.) is daarvoor te groot.
De locatie van het doorlaatmiddel ligt 95 m. ten oosten van de Trekdijk. Deze ligging is een keuze uit zowel historisch als praktisch oogpunt. Historisch vanwege de vroegere vaargeul naar Middelburg, waarmee de suatiegeulen de locatie van deze vaarweg benadrukken. Praktisch van-wege de diepste ligging in de Schorerpolder en minder grondverzetkosten voor de suatiegeulen.
5.3 Samenvatting en advies doorlaatmiddel
De uitkomst uit de variantenanalyse laat een getijdenduiker zien als best uitvoerbare variant. Voor het realiseren van estuariene natuur is in het vorige hoofdstuk een getijdenslag van NAP+1,80m.
vastgesteld, met een komberging van bijna 500.000m3, dat bij eb en vloed door de constructie stroomt. Het droogvallend oppervlak is in deze situatie ruim 32 ha. (95% van de Schorerpolder-noord).
Geadviseerd wordt om een getijdenduiker toe te passen met een doorstroomoppervlak van 12m2 met een drempel op NAP-1,00m. en een kopbalk op NAP+1,00m. Met een verdiepte ligging van het doorlaatmiddel en aansluitende suatiegeulen in de vroegere vaargeul, wordt een gunstige toestroming van het water gecreëerd en benadrukken de suatiegeulen de vroegere vaargeul.
Samen met de Schorerpolder-zuid (ruim 13 ha. aan droogvallende schorren en slikken), wordt 45 ha. aan estuariene natuur gerealiseerd.
Samenvattend houdt het advies in:
Civieltechnisch:
• Getijdenduiker als doorlaatmiddel.
• Doorstroomoppervlak van 12m2, een drempelhoogte op NAP-1,00m.
en een kopbalk op NAP+1,00m.
Ecologisch:
• Getijdenslag 1,80 m.
• Slikken, prielen en geulen: ruim 13 ha. in de Schorerpolder-zuid en 32 ha. in de Schorerpolder-noord.
• Droogblijvende schorren: ruim 2 ha. in de Schorerpolder-noord.
• Droogvalduur van minimaal 3 uur per getij.
Hydraulisch:
• Suatiegeulen aan beide zijden van doorlaatmiddel.
• Stroomsnelheden en aanvullende maatregelen moeten nog worden berekend.
• Vrije hoogte tussen waterniveau en voet tankmuur van 0,20 m.