Optimalisatie van afmetingen spuiopeningen in huidig voorontwerp van open spuisluis in Afsluitdijk

Abstract

Voorspellingen van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) over veranderingen in klimaat en bodemdaling geven aan dat de stijging van de zeespiegel, gecombineerd met de bodemdaling, in Nederland kan leiden tot een relatieve zeespiegelstijging van 25 cm tussen het jaar 2000 en 2050. Een ander verwacht effect van de klimaatsverandering is dat er in de winter meer neerslag valt en dat de rivieren daardoor meer water afvoeren. De combinatie van deze effecten leidt tot een aantal knelpunten in het waterhuishoudkundig hoofdsysteem in Nederland. Een van de knelpunten is de spuicapaciteit in de Afsluitdijk. Er worden problemen gesignaleerd bij de handhaving van het winterstreefpeil van het IJsselmeer in de huidige situatie en een toename van deze problemen in de toekomst. Daarom is door de Bouwdienst Rijkswaterstaat in opdracht van en in overleg met Rijkswaterstaat Directie IJsselmeergebied een studie uitgevoerd naar een ontwerp voor een nieuwe spuisluis in de Afsluitdijk. Momenteel (december 2002) wordt gewerkt aan de afronding van de voorontwerpfase. In de aanloop naar het definitief ontwerp wordt continu (cyclisch) gezocht naar optimalisaties. Dit rapport beoogt hierin bij te dragen door de spuisluis uit het voorontwerp van de Bouwdienst (VD) te optimaliseren voor de afmetingen van de spuiopeningen, bij gegeven randvoorwaarden, uitgangspunten en eisen. Hiertoe wordt de relatie gekwantificeerd tussen de afmetingen van de spuiopeningen en het totaal van bouw- en beheerskosten (Life Cycle Costs) van de spuisluis bij een gegeven spuicapaciteit. De afmetingen van de spuiopeningen worden hiertoe uitgesplitst in de volgende vrijheidsgraden: • De breedte van de schuiven • Niveau spuisluisbodem • Hoogte van de schuiven Variaties in deze vrijheidsgraden veroorzaken veranderingen voor veel delen van de spuisluis. Om deze veranderingen eenduidig te benoemen en gescheiden te kunnen behandelen, worden hoofdonderdelen benoemd. Voor de afzonderlijke hoofdonderdelen van de spuisluis wordt systematisch afgeleid wat de constructieve veranderingen zijn als gevolg van variatie in de vrijheidsgraden. De constructieve veranderingen worden vervolgens uitgedrukt in geld (kosten = hoeveelheden * eenheidsprijs), waarmee voor ieder hoofdonderdeel de relatie wordt gelegd tussen variatie in de vrijheidsgraden en de kosten van dat hoofdonderdeel. De optelsom van alle relaties voor alle hoofdonderdelen vormt de gezochte relatie tussen de afmetingen van de spuiopeningen en de kosten van de spuisluis. Deze relatie wordt benoemd als de doelfunctie. Variaties in de vrijheidsgraden veroorzaken behalve constructieve veranderingen ook veranderingen in de hydraulische aspecten en de benodigde netto spuibreedte. De effecten worden berekend aan de hand van een een-dimensionale schematisatie van de stroming op basis van continuïteits- en energievergelijkingen. De relaties tussen de vrijheidsgraden en de constructieve en hydraulische veranderingen vormen de invoer voor het optimaliseringsmodel. In dit model worden de Life Cycle Costs van de spuisluis berekend als functie van de eerste twee vrijheidsgraden. De resultaten van dit model bestaan uit de vaststelling van de optimale combinatie van aantal schuiven, schuifbreedte en bodemligging, de kostenopbouw en -verdeling naar disciplines en hoofdonderdelen en een gevoeligheidsanalyse omtrent het optimum.