Natuurkundige verschijnselen vertalen naar een veilige, efficiënte sluis

'Zout en zoet water mengt niet zo goed als je zou denken,' aldus Joris van Gool die als systeem- en integratiearchitect bij Rijkswaterstaat laat weten dat dit grote invloed heeft op het ontwerp van de Nieuwe Sluis in het Kanaal van Gent naar Terneuzen. Zout water zakt naar de bodem en dat zorgt voor complexe stromingen in de sluiskolk.'

‘Als je een zoete sluiskolk via de gebruikelijke schuiven in de sluisdeur zou vullen met zout water, schuift er in de sluis onder de schepen door een zouttong naar binnen. Aan het oppervlak ontstaat dan een retourstroom en daardoor kunnen te grote krachten op de trossen van de schepen ontstaan. Bij het openen van de sluisdeuren kan hetzelfde gebeuren', aldus Van Gool. 'Daarnaast is het getijdenverschil met ruim 4 m erg groot, waardoor er veel water de sluis in en uit moet om te nivelleren.’

Ander ontwerp

De systeem- en integratiearchitect moet ervoor zorgen dat alle elektrische en hydraulische installaties geïntegreerd worden tot één werkende sluis, die zowel op afstand als vanaf de locatie bediend kan worden. Waarom maakt Van Gool zich dan druk om de dynamiek van het water in de kolk? We moeten veiligheidsfuncties inbouwen in de besturing van de schuiven en deuren. Ik moet logische rationele keuzes maken die de bediening van de sluis veilig maken, ondanks de complexe stromingen. Daarvoor moet ik me als hoofd van een team specialisten snel kunnen verdiepen in meer dan alleen de aansturing van schuiven en deuren.'

'In plaats van schuiven in de deur, werkt de Nieuwe Sluis met een omloopriool. Een ondergronds kanaal waarmee de sluis genivelleerd kan worden. Dat omloopriool komt uit in het Kanaal Gent-Terneuzen en in de Westerschelde. Aan beide zijden zitten vier schuiven van elk 5,80 x 2,84 x 0,7 m. Het omloopriool loopt naar 2 grote bodemroosters onderin de sluiskolk waar tot 288 m³/s water doorheen kan stromen. 'Schepen zijn ontworpen om in zware golfslag wisselende opwaartse krachten te weerstaan en dat maakt deze sluis veiliger dan een conventioneel ontwerp met langsscheepse stromingen die uiteindelijk grote krachten op de trossen veroorzaken', zo zegt Van Gool.

Rigide versus flexibel

Mensen die aan de sluis werken moeten zich stevig verdiepen in deelonderwerpen. 'Zo hebben we samen met Deltares modelproeven gedaan met de sluis om het gedrag van verschillende horizontale lagen met verschillende zoutconcentraties te modelleren. Dat kan nog niet met computersimulaties. ‘Fascinerend', volgens Van Gool. ‘Maar daarvoor zijn we in dit soort projectteams altijd op zoek naar technici die natuurkundige verschijnselen helemaal uit kunnen diepen en vertalen naar veilige aansturing van installaties.'

'Afhankelijk van het tij en de vaarrichting van schepen zijn er vier situaties van nivelleren mogelijk. Uit de studie met Deltares bleek dat in drie van de situaties de rioolschuiven met 7,1 mm/s kunnen openen, maar in een zoute sluiskolk met groot getijdenverschil kan dat met slechts 4 mm/s. 'Dat moeten we in veiligheidsfuncties inprogrammeren in de besturing, zodat operators hier geen fout in kunnen maken. Maar we moeten ook flexibel zijn wanneer we in de praktijk zien dat de sluis anders reageert dan onze modellen; we bouwen immers voor het eerst zo'n grote sluis op deze plaats. Deze praktijkervaring nemen we weer mee naar andere sluizen.’