Evaluatie breedte haveningang Waalhaven in licht van Richtlijnen Vaarwegen

Een van de belangrijkste aspecten bij het ontwerp van een nieuwe binnenhaven of waterweg is de toegankelijkheid voor de scheepvaart. Tot medio de jaren 90 toen de Richtlijnen Vaarwegen werden gepubliceerd werd ontworpen op basis van het oordeel van ervaren nautici die zich aan de hand van bezoek, onderzoek van de stroming een beeld van de situatie vormen. De schatting van de ruimte die men nodig had voor het manoeuvreren met het schip was gebaseerd op ervaringen, vuistregels en op proefvaarten bij de oplevering van schepen. De vraag is nu of bestaande havens voldoen. Dit is onderzocht. De Waalhaven is gelegen aan de Waal in de stad Nijmegen. De haven werd in 1852 en 1853 aangelegd als vervanger van de Oude Haven, die ter hoogte van de huidige Waalkade gelegen was en was een industriehaven. Die functie had de haven tot midden jaren '90 en sindsdien is het een vluchthaven en aanlegplaats voor de beroepsvaart. De Waalhaven heeft een ingangsbreedte van circa 43m en wordt ook gebruikt door Klasse Va schepen. Op grond van de Richtlijnen Vaarwegen voldoet de Waalhaven niet aan de richtlijn Klasse Va schepen van 110x11,4m, waarbij de breedte van de haveningang minimaal 4 maal de breedte van een schip (4B) dient te zijn. De haveningang heeft in verhouding met de Klasse Va schepen slechts een breedte van 3,77B. Dit heeft echter gevolgen voor veiligheid en snelheid van afwikkeling. Bij Klasse IV schepen voldoet de Waalhaven aan de richtlijnen en heeft de haveningang in verhouding een breedte van 4,57B. In de richtlijn voor binnenhavens (Richtlijnen Vaarwegen), is de vereiste minimale breedte voor de haveningang 4,0B. Deze richtlijn is in de jaren zeventig geïntroduceerd en kan nu al achterhaald zijn. In dit afstudeerwerk wordt een beoordeling gegeven van de breedte van de haveningang van de Waalhaven. De studie zal betrekking hebben op de volgende situaties: \u95 De grootte en vormgeving van de haven ten opzichte van de nautische veiligheid. \u95 De effecten van langsstroom over de veiligheid van de scheepvaart. \u95 De effecten van verschillende scheeps klassen. De onderzoeksvraag is dan ook: Voldoet de verhouding havenbreedte-scheepsbreedte bij de Waalhaven aan de Richtlijnen Vaarwegen voor de breedte van de havenmond wat betreft de nautische veiligheid, en zo niet wat zou de havenmond breedte moeten zijn ? Het onderzoek wordt uitgevoerd met behulp van een simulatorstudie SHIPMA. De RVW zijn opgesteld als kader voor gebruik door en voor Rijkswaterstaat, dat wil zeggen: een verplichting, waarvan alleen is af te wijken na toestemming van Rijkswaterstaat. Hoewel de RVW specifiek verwijzen naar Rijkswaterstaat worden de richtlijnen ook door de overige vaarwegbeheerder gebruikt voor het inrichten en ontwerpen van vaarwegen, zoals de Provincie Noord-Holland. De reden is dat de veilige en vlotte afwikkeling van het scheepvaartverkeer gediend is bij uniforme toepassing van de RVW door alle vaarwegbeheerders. Een beheerder heeft echter de mogelijkheid van de RVW af te wijken, mits de alternatieve oplossing eveneens de vlotte, veilige en betrouwbare vaart garandeert. Het is van belang, dat de vaarwegbeheerder afwijkingen van de richtlijnen goed kan motiveren, documenteert en de vaarweggebruiker adequaat informeert. De RVW zijn afgebakend tot: \u95 het verkeerskundig ontwerp, het constructieve ontwerp behoort niet tot het terrein van de RVW; \u95 vaarwegen van de CEMT klassen I tot en met V; \u95 vaarwegen zonder stroming of met een langsstroom tot 0,5 m/s; \u95 vaarwegen die niet hoofdzakelijk voor zeevaart bestemd zijn; \u95 niet toegepast voor de vaargeulen op de Noordzee of Waddenzee. Na een literatuuronderzoek naar richtlijnen en modellen voor simulatorstudies, is het eigenlijke simulatoronderzoek uitgevoerd. Dit kan onderverdeeld worden in de volgende twee fasen: Fase 1: Datacollectie en toetsing van haven Het vooronderzoek richt zich op het verzamelen van de basisgegevens die noodzakelijk zijn voor de uitvoering van het onderzoek: \u95 Vaststelling van de lay-out van de haven; \u95 Vaststelling van de verschillende klasse schepen met de bijbehorende karakteristieken; \u95 Vaststelling van de maatgevende omgevingsomstandigheden zoals stroming, waterstanden en wind. Fase 2: Simulaties In Fase 2 zijn met behulp van SHIPMA 7 een aantal (fast-time) simulaties uitgevoerd. Hierbij wordt de Waalhaven getoetst op nautische veiligheid en onder welke omstandigheden de manoeuvres haalbaar zijn. Ook is een gevoeligheidsstudie worden uitgevoerd met betrekking op een aantal aspecten. Het mathematische model dat in SHIPMA wordt gebruikt is identiek aan dat van de real-time Simulator van MARIN. Echter, is een uitzondering met betrekking tot het autopilot. In de real-time simulator wordt het schip door de mens gevaren en de fast-time simulator door het autopilot. Vergeleken met andere binnenhavens in Nederland, heeft de Waalhaven de kleinste haven ingang en is de enige haven die niet voldoet aan de verhouding van RVW (4.0B). Voor de simulatie, is er een nieuwe database aangemaakt voor de Waalhaven. De lay-out en de afmetingen van de haven is geconstrueerd op basis van de bestaande Waalhaven in Nijmegen. Voor de simulaties, zijn een paar gevalideerde model schepen geselecteerd. Deze model schepen zijn in afmetingen kleiner dan in de werkelijkheid, maar zal niet veel invloed hebben op dit onderzoek. Enkele gegevens zijn verzameld voor de simulatie zoals wind, waterdiepte en de stroom. De windsnelheid ter plaatse van de haven is bepaald door middel van KNMI gegevens. In de studie wordt een uniforme windsnelheid gebruikt. Voor de simulatie is een kielspeling van 1,0 m is gebruikt en de totale waterdiepte is 4m. De stroomrichting is van Oost naar West, er is geen stroming aangenomen in de haveningang. Voor het onderzoek zijn 4 langsstroom snelheden onderzocht: 0,3 m/s, 0,5m/s, 0,7m/s en 1,0m/s. De manoeuvres in SHIPMA worden gerelateerd aan een voorgeprogrammeerde baan die het schip volgt tijdens de simulaties met behulp van een autopilot. Bij het definiëren van de baan is de snelheid langs de baan gespecificeerd. Het autopilot probeert de baan zo goed mogelijk te volgen met minimale afwijkingen. Criteria manoeuvres: \u95 Vlot verloop van manoeuvres circa 5min \u95 Voldoende afstand tot de oevers bij invaren circa 8m \u95 Maximaal 35° - 40° roerhoek gebruiken. \u95 De snelheid van het schip dient voldoende te zijn afgenomen binnen het havengebied (<0,5 m/s) In totaal zijn 16 situaties gesimuleerd. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen twee verschillende vaarrichtingen. Op die manier kan men het verschil zien tussen met de stroom meevaren en tegen de stroom in. Daarnaast wordt de invloed van langsstromen op de manoeuvre onderzocht door deze te variëren. Iedere simulatie van een situatie staat op zichzelf. Daarmee wordt bedoeld dat het schip en het gebied identiek zijn, maar de baan en/of de strategie kan iedere keer anders zijn om te anticiperen op veranderde omgevingscondities. Een simulatie situatie wordt dan ook een aantal malen overgedaan om tot het gewenste resultaat te komen. Hierbij wordt iedere factor die beïnvloedbaar is, zoals het autopilot en de baan, stap voor stap gewijzigd om tot een realistisch resultaat te komen. Een gevoeligheidsstudie is uitgevoerd voor enkele variabelen (windrichting, bredere vaarweg en een neer in de havenmond), omdat deze in het onderzoek zijn versimpeld. Voor de wind is een uniforme wind en richting gekozen. De stroming in de havenmond is vanwege de complexiteit weggelaten. Door een simulatie te maken met een neer, kan gecontroleerd worden of deze invloed zal hebben. Deze variabelen zullen worden getoetst met een klasse Va schip en een langsstroom van 0,7m/s. Aangezien dit het grootste van de twee schepen is in een conditie op de overgang van haalbaar naar niet-haalbare manoeuvres. Uit de simulaties is gebleken dat de huidige Waalhaven geschikt is voor Klasse IV schepen en voor Klasse Va schepen tot een langsstroom van 0,5m/s. De formule voor de haveningang van 4B volgens de Richtlijnen Vaarwegen is nog toepasbaar bij langsstroom tot 0,5m/s. Wanneer de langsstroom toeneemt, voldoet de breedte van de haveningang niet meer. Bij een langsstroom van 0,7m/s dient de verhouding op basis van deze studie aangepast te worden naar 4,9B. Ook is er een verschil waargenomen wanneer het schip tegenstrooms vaart of met de stroom mee. Door tegenstrooms kan het schip beter manoeuvreren en het roer beter gebruiken, waardoor de vaarbaan breedte klein kan worden gehouden. Uit de resultaten van de gevoeligheidsstudie is op te maken dat de onderzochte factoren invloed hebben op de resultaten. Zo heeft de windrichting een effect op de manoeuvre en de vaarbaanbreedte, de schipper dient hier rekening mee te houden. Een bredere vaarweg zal een negatief invloed hebben op het schip, omdat het schip een lange tijd stroming tegen zich krijgt. In een situatie met een neer in de haveningang is te zien dat. Schepen hinder ondervinden. Het manoeuvreren voor schepen wordt lastiger, waardoor de vaarbaanbreedte zal toenemen. Uit de simulatie studie is gebleken dat de huidige Waalhaven niet voldoet voor de Klasse Va schepen. De huidige haven heeft een breedte van 3,7B in plaats van de minimale breedte van 4B volgens de Richtlijnen Vaarwegen. De haveningang voldoet wel aan de benodigde breedte voor Klasse IV schepen tot een langsstroom van 0,5m/s. Uit de resultaten van de simulatie studie wordt geconcludeerd dat de Richtlijnen Vaarwegen met een havenbreedte van 4B een zeer goede streefwaarde is voor enkelbaans vaarverkeer tot een langsstroom van 0,5 m/s. Deze dient worden aangehouden als een minimum en niet als een maximum. Per situatie dient gekeken te worden of een hogere breedtefactor dient te worden aangehouden, omdat in sommige situatie ook andere factoren van belang kunnen zijn zoals, de windrichting, de vaarweg en de stromingsconditie. Op te maken is dat de langsstroom een belangrijk punt is bij het bepalen van de breedte van een haveningang. Bij een langsstroom van 0,7 m/s en 1,0 m/s dient een bredere havenbreedte te worden gekozen vanwege het grotere ruimtebeslag tijdens het manoeuvreren. Hiervoor dient haveningang een minimale breedte van 4.9B aangehouden te worden. Geconcludeerd kan worden dat de huidige Waalhaven niet aan de benodigde ingangsbreedte voldoet voor een klasse Va schepen met een stroming van 0,7m/s of meer. De gemiddelde langstroom op de Waalhaven is ca. 0,7m/s. Om de situatie daadwerkelijk te verbeteren dient de haveningang ruimer te worden. De verhouding van Richtlijnen Vaarwegen met 4B voor een haveningang voldoet dus niet Aanbevolen wordt om de 4B verhouding van Richtlijnen Vaarwegen verder te onderzoeken om de nautische veiligheid te waarborgen. De resultaten van SHIPMA zijn realistisch, echter binnen de toegepaste modeleigenschappen en beperkingen. Het programma SHIPMA dient dan ook gebruikt te worden voor een eerste benadering.Hydraulic Engineering/Ports and WaterwaysHydraulic EngineeringCivil Engineering and Geoscience