Een watersysteem is gedefinieerd als een gebied waar de hydraulische belastingen bepaald worden door een specifieke combinatie van basisstochasten. Watersystemen met eenzelfde combinatie van basisstochasttypes worden aangemerkt als een watersysteemtype. In dit artikel wordt het watersysteemtype Oosterschelde beschreven. Het artikel bevat een gebiedsbeschrijving, een beschrijving welke dijktrajecten onder dit watersysteem vallen en beschrijving van de fysieke werking van het watersysteem. Als onderdeel van de fysieke werking zijn de bedreigingen (basisstochasten) en is de werking van de Oosterscheldekering toegelicht.

Gebiedsbeschrijving

De Oosterschelde is een afsluitbare zeearm in het zuidwesten van Nederland, in de provincie Zeeland. De westelijke grens van het watersysteem Oosterschelde wordt gevormd door de Oosterscheldekering, die is aangelegd als onderdeel van de Deltawerken en wordt bij stormvloeden ingezet om de Oosterschelde af te sluiten van de Noordzee. De Oosterscheldekering is 9 km lang, waarvan 3 km afsluitbaar. Sluiting vindt plaats bij een verwachte waterstand van NAP+ 3,0 m die gemiddeld één keer per jaar plaatsvindt. Het sluitregime is nader toegelicht in onderstaande paragraaf over de Oosterscheldekering.

In het noordoosten is de Oosterschelde afgesloten van het Grevelingenmeer door middel van de Grevelingendam en afgesloten van het Volkerak-Zoommeer door middel van de Philipsdam. Verder scheidt de Zandkreekdam in het zuidwesten de Oosterschelde van het Veerse Meer en scheidt de Oesterdam in het oosten de Oosterschelde van het Volkerak-Zoommeer. Aan de zuidkant vormt het Kanaal door Zuid-Beveland een verbinding tussen de Westerschelde en de Oosterschelde. Het hele kanaal (tot aan de sluis bij Hansweert die de scheiding vormt tussen beide Scheldes) maakt daarmee onderdeel uit het watersysteem Oosterschelde.

Bij de Grevelingendam vindt uitwisseling met het Grevelingenmeer plaats middels de Flakkeese Spuisluis. In de Philipsdam bevinden zich de Krammersluizen, waarmee volgens een calamiteitenregeling alleen water op de Oosterschelde wordt geloosd bij extreem hoge waterstanden op het Volkerak-Zoommeer (meerpeil boven NAP+0,5 m).

Daarnaast zijn diverse scheepvaartsluizen aanwezig, te weten: de Roompotsluis (Oosterscheldekering), de Grevelingensluis (Grevelingendam), de Zandkreeksluis (Zandkreekdam), sluis Hansweert (Kanaal door Zuid-Beveland) en de Bergsediepsluis (Oesterdam). In de Zandkreekdam bevindt zich ook de Katse Heule en zorgt voor peilbeheer op het Veerse Meer. Tenslotte lozen verschillende poldergemalen en uitwateringssluizen hun water op de Oosterschelde.

Dreigingsbronnen

Beschrijving fysica watersysteem

Hoge zeewaterstanden en hoge golfbelastingen vormen de belangrijkste bedreigingen voor de primaire waterkeringen langs de Oosterschelde. De zeewaterstand en golfbelastingen zijn daarbij weer sterk gecorreleerd met de windsnelheid. Extreme zeewaterstanden worden immers altijd veroorzaakt door stormopzet. Extreme hydraulische belastingen op de Oosterschelde treden hoofdzakelijk op bij stormen met west tot noordelijke windrichtingen (W, NW, N), die gepaard gaan met zeer hoge zeewaterstanden en windsnelheden. Omdat sprake is van een open verbinding met de Noordzee die alleen bij westelijk tot noordelijke stormen wordt afgesloten leidt een hoge afvoer op de regionale systemen of oostelijk georiënteerde stormen niet tot extreme belastingen op de keringen langs de Oosterschelde. Bij sterk verhoogde zeewaterstanden is het de bedoeling dat de Oosterscheldekering gesloten is (ofwel de kering is daadwerkelijk gesloten ofwel onbedoeld open omdat sprake is van niet sluiten, niet tijdig sluiten of constructief falen na sluiten). De maximale waterstanden op de Oosterschelde worden daardoor beperkt, maar door scheefstand als gevolg van wind kunnen lokaal toch hoge waterstanden optreden. Aangezien noordelijk tot westelijke windrichtingen in de meeste gevallen maatgevend zijn, zullen de waterstanden het hoogst zijn in het zuidoostelijke deel van de Oosterschelde. Daarom is sprake van de volgende dreigingsbronnen (basisstochasten):

• Zeewaterstand
• Wind (snelheid en richting)
• Stormduur
• Toestand van de stormvloedkering (Aantal gesloten schuiven, type sluiting)

De zeewaterstand, windrichting en windsnelheid hebben vooral invloed op het sluiten van de Oosterschelde kering (of sprake is van sluiten en het type sluiting). Tevens speelt het faseverschil tussen de piek van de windopzet en de piek van het getij aan de buitenzijde van de Oosterscheldekering (bij meetstation OS11) een rol. Deze zou als stochast kunnen worden beschouwd. Voor de Oosterschelde is dit faseverschil aangenomen als vaste waarde van 320 minuten, en dus niet als stochast, waar bij de piek van het getij later valt dan de piek van de opzet [Stijnen, 2018]. Deze waarde is in het belastingmodel niet gevarieerd omdat het faseverschil in bijna alle gevallen 320 minuten bedraagt. De bijdrage van andere waarden voor het faseverschil is dus beperkt en om pragmatische redenen verwaarloosd [Geerse, 2016].

De windrichting en -snelheid bepalen de scheefstand in het bassin en zijn de twee meest relevante basisstochasten voor de Oosterschelde. Daarnaast is het functioneren van de Oosterscheldekering van groot belang voor de waterstanden op de Oosterschelde. In de belastingmodellen voor de Oosterschelde wordt rekening gehouden met (1) het type sluiting, (2) mogelijk falen of niet sluiten van de schuiven en (3) de stormduur op de Noordzee:

1. Bij sluiting kan sprake zijn van een reguliere 1-2-1 sluiting (ook wel strategiesluiting genoemd) of een noodsluiting. Bij een noodsluiting is sprake van een latere sluiting van de kering. Hierdoor is sprake van hogere waterstanden op de Oosterschelde in vergelijking met een reguliere 1-2-1 sluiting. Zie de onderstaande paragraaf over de Oosterscheldekering voor meer details over het sluitproces.
2. Bij het falen of niet sluiten van een of meerder schuiven in de kering zijn de waterstanden in de Oosterschelde hoger. Hoe meer schuiven gefaald zijn, hoe hoger de waterstanden op het bekken.
3. Bij een langere stormduur op de Noordzee moet de kering langer dicht blijven. Dit zorgt voor hogere waterstanden op de Oosterschelde.

In de waterstands- en golfmodellering is daarnaast rekening gehouden met transmissie door de Oosterscheldekering. Voor de waterstanden is dit stroming door openstaande schuiven en het lekdebiet door een gesloten kering. Voor de golfbelasting betreft het transmissie door openstaande schuiven en transmissie als gevolg van golfoverslag. Dit zijn echter geen stochasten. Wel is de werking van transmissie in de hydraulische modellen meegenomen.

De werking van de kering heeft naast effect op de piekwaterstand ook invloed op het tijdsverloop van waterstand op de Oosterschelde. In het Oosterschelde bassin is tijdens een open kering sprake van getijslag. Het verloop van de waterstand vertoond dan grote gelijkenis met het typische verloop langs de kust, namelijk een getij als basis met windopzet. Het sluiten van de kering beïnvloedt het verloop van de waterstand. Bij sluiten van de kering is sprake van een constante waterstand op eenzelfde niveau. Dit niveau en de duur hiervan is sterk afhankelijk van de omstandigheden en het sluiten van de kering (windsnelheid, zeewaterstand, stormduur, type sluiting et cetera).

Lokale belasting van de waterkeringen

Vanwege de ligging van de Oosterscheldekering is hoofdzakelijk sprake van lokaal (op het Oosterschelde bassin) opgewerkte golven die zorgen voor hydraulische belastingen op de waterkeringen langs het Oosterschelde bassin. Op de Oosterschelde vallen hoge waterstanden (ongeveer vanaf NAP+3,0 m à NAP+3,5 m) veelal samen met extreme golfbelastingen omdat beide worden gedreven door hoge windsnelheden (het omgekeerde hoeft niet te gelden – zie onderaan deze alinea). De maatgevende combinaties treden op bij wind uit het westen tot noorden. Bij deze windrichtingen zijn vooral voor waterkeringen met een westelijk tot noordelijke oriëntatie sprake van hoge waterstanden (die met name gedreven worden door wind uit westelijke richtingen) en is sprake van golfbelasting. Deze omstandigheden zijn relevant voor alle typen hydraulische belastingen (waterstand, golfoverslag en golfcondities voor bekledingen). In geval van golfbelasting lager op het talud (ongeveer tot NAP+3,0 m à NAP+3,5 m) kunnen deze veroorzaakt worden door een bredere range aan mogelijke windrichtingen. De waterstanden tot de genoemde niveaus zijn namelijk minder uitzonderlijk en kunnen door een brede range aan windrichtingen veroorzaakt worden. Dan is de windrichting maatgevend die zorgt voor de ongunstige belasting op de kering. In deze gevallen hoeven hoge golven dus niet samen te gaan met hoge waterstanden

Op bovenstaande beschrijving op hoofdlijnen zijn twee specifieke situatie uitgelicht:

1. Voor de waterkeringen die oostelijk georiënteerd zijn vallen de zwaarste golfbelastingen niet samen met de hoogste waterstanden. De meest extreme waterstanden kunnen alleen veroorzaakt worden door noordwestelijke windrichtingen. Bij waterkeringen met een oost tot zuidelijke oriëntatie is dan sprake meer van minder zware golfbelasting op de waterkering in vergelijking met andere delen van de Oosterschelde. Extreem hoge waterstanden treden dan dus niet op in combinatie met hoge  golfbelastingen. Maatgevende situaties voor golfoverslag of belastingen op bekledingen bij hoge waterstandsniveaus worden dan veelal bepaald door windrichtingen uit een sterker noordelijk of zuidelijker component (bijvoorbeeld N, NNW of , ZZW). Bij deze windrichtingen is sprake van enige windopzet en enige golfslag. Bij de windrichtingen die voor golfaanval het ongunstige zijn (oostelijke wind op oostelijke kering) is geen sprake van opzet van de waterstand. Golfbelasting voor de bekledingen op de laagste niveau (ongeveer tot NAP+3,0 m) kan daarom wel sprake zijn van een maatgevende belasting die veroorzaakt wordt door oostelijke windrichtingen.
2. In de golfmodellering wordt rekening gehouden met golftransmissie door en over de Oosterscheldekering. Bij een gesloten kering is de transmissie beperkt tot transmissie door overslag over de kering. In geval van een open kering is ook sprake van transmissie van golfenergie door de openingen in de kering (afhankelijk van het aantal open schuiven in de kering). Bij de transmissieberekeningen wordt rekening gehouden met de stroming door de schuiven. Voor het grootste deel van de keringen langs de Oosterschelde is het aandeel van transmissie in de totale golfenergie beperkt omdat de bijdrage van lokale golfgroei op de Oosterschelde dan veelal dominant is over transmissie vanuit de Noordzee (gegeven de strijklengtes tot 40 km). Op de dijktracés direct achter de Oosterscheldekering (traject 26-2 en 28-1) heeft transmissie van de golven wel een belangrijke bijdrage aan de lokale golfhoogte. Transmissie van golfenergie door de openingen van de kering heeft hieraan de grootste bijdrage.

Oosterscheldekering

De Oosterscheldekering wordt bediend vanuit het ir. J.W. Topshuis, het bedieningsgebouw dat hoog boven de Noordzee op Neeltje Jans staat. Gemiddeld één keer per jaar moeten de schuiven omlaag wegens extreem hoge waterstand. Er zijn drie verschillende sluitstrategieën:

• Scenario/strategiesluiting (ook wel 1-2-1 scenario). Wanneer de waterstand NAP+2,75 m wordt verwacht, wordt het Beslisteam Sluiting Oosterscheldekering bijeengeroepen. Sluiting vindt plaats als de verwachte waterstand hoger is dan NAP +3,0 m aan de Noordzeezijde van de kering bij Roompot Buiten. In geval van sluiting wordt de 1-2-1 strategie gevolgd. De Oosterscheldekering wordt dan zodanig gesloten dat het hoogwater in de Oosterschelde een niveau bereikt van NAP +1,0 m bij Stavenisse. Na de eerste stormpiek gaat bij kentering (waterstand op de Noordzee en Oosterschelde ongeveer gelijk) de kering weer open. Bij een eventuele tweede piek (vaak een tweede getijpiek binnen dezelfde storm) met een verwachte waterstand hoger dan NAP +3,0 m sluit de OSK op een zodanig moment dat de waterstand in de Oosterschelde een niveau bereikt van NAP +2,0 m bij Stavenisse. Bij kentering gaat de kering opnieuw open en sluit eventueel bij een 3e stormpiek, waarbij de maximale waterstand in de Oosterschelde gelijk is aan NAP +1,0 m bij Stavenisse. De strategie heeft als doel de dijken niet langdurig op één niveau door de golven te belasten.

• Bemande driemetersluiting. Een bemande driemetersluiting vindt plaats wanneer de verwachte waterstand bij Roompot Buiten onder NAP +3,0 m blijft, maar er gedurende de storm blijkt dat de gemeten waterstanden hoger komen dan NAP +3,0 m. Er is dan een aantal minuten tijd om de kering handmatig te sluiten, dit omdat het NSTA (noodsluitsysteem) de kering pas sluit als de gemiddelde gemeten waterstand over de afgelopen tien minuten hoger ligt dan NAP +3,0 m. Door deze wijze van sluiten behoudt het beslissingsteam de controle over het moment van weer openen van de kering, dit in tegenstelling tot een noodsluiting via het NSTA, die dan ook het moment van openen bepaalt.

• Onbemande driemetersluiting (noodsluiting). Een onbemande driemetersluiting vindt plaats wanneer de gemeten waterstand bij Roompot Buiten boven de NAP +3,0 m komt en er niet handmatig wordt gesloten. Het NSTA sluit dan automatisch de kering en zal deze weer openen op het moment dat de gemeten waterstand bij Roompot Buiten lager is dan bij Roompot Binnen. Het NSTA dient als veiligheidsvoorziening voor falen door of uitblijven van menselijk handelen of een foutieve waterstandsverwachting. Een verschil tussen de bemande en onbemande driemetersluiting is dat er bij die laatste ook sprake kan zijn van een noodsluiting bij zeer extreme omstandigheden, bijvoorbeeld doordat het bedienend personeel de Oosterscheldekering niet kan bereiken.