Vijfde nauwkeurigheidswaterpassing; Het peil zakt

Ingespannen, één oog dichtgeknepen, tuurt minister Jorritsma van Verkeer en Waterstaat in de kijker. We staan aan de kop van de binnenhaven van Maassluis.

Een oerhollands tafereel, met een Middeleeuws grachtje vol kroos en waterlelies, passerende schepen in de haven en op de achtergrond de Grote Kerk van Maarten 't Hart. “Vijfendertig centimeter” roept Annemarie stralend in de camera's. “Millimeter”, sist een medewerker van Rijkswaterstaat tussen zijn tanden, maar dat geeft niet. De officiële start van de Vijfde Nauwkeurigheidswaterpassing is een feit. De komende drieënhalf jaar zet Rijkswaterstaat honderd 'mensjaar' in voor een grootscheepse campagne om de vele tienduizenden meetpunten van het Normaal Amsterdams Peil (NAP) te herzien. Dat gebeurt zo eens in de vijfentwintig jaar, en dit wordt de vijfde herijking sinds de eerste ronde in 1875-1885.

Zonder het NAP waren we nergens. Er wordt geen weg gepland, geen buis gegraven en geen heipaal in de grond geslagen zonder eerst dit landelijke netwerk van hoogtemeetpunten te raadplegen. Dat geldt voor nieuwbouw van huizen, het leggen van rioleringen, de aanleg van straten, wegen en bruggen, het graven van kanalen, het bouwen van dijken, de aanleg van voetbalvelden enzovoorts. Ook de waterschappen hanteren bij hun polderbeheer het NAP als uitgangspunt.

Het NAP is de hoeksteen van onze beschaving. Directeur-generaal ir. G. Blom van Rijkswaterstaat herinnert zich nog goed hoe eens een grote gasleiding op de verkeerde diepte was aangelegd en weer moest worden weggebroken. “Dan heb je zo voor honderdduizenden guldens schade.” Ook bij het 'aan elkaar passen' van geboorde tunnelhelften en bij de aanleg van dijklichamen en viaducten luistert het allemaal nauw. Bovendien geldt het NAP als referentievlak voor metingen binnen het Europese waterpasnet.

Bodemdaling

Het probleem is, dat je de meetpunten van het NAP niet voor de eeuwigheid kunt vertrouwen. Want terwijl de zeespiegel langzaam rijst, gaat ons land juist omlaag, niet alleen door natuurlijke geologische processen, maar ook door allerlei menselijke activiteiten. Zo worden polders drooggelegd, waarna het veen geleidelijk inklinkt, terwijl ook de aardgaswinning tot bodemdaling leidt. Tegelijkertijd kantelt het westen langzaam maar zeker ten opzichte van het oosten. “Het meer dan 10.000 jaar oude Pleistocene zand blijkt veel meer in beweging dan we ooit voor mogelijk hadden gehouden,” zegt dr.ir. F.J.J. Brouwer van de meetkundige Dienst van Rijkswaterstaat, “en zelfs onze vaste referentiepunten, die met speciale heipalen tot in de Pleistocene zandlaag verankerd zijn, bewegen mee.” In Zuid-Holland is de zandlaag sinds de jaren dertig al drie centimeter gezakt en in Zuid-Limburg juist vijf centimeter omhoog gekomen. “Op een geologische tijdschaal bezien is dat lang niet kinderachtig,” zegt Brouwer. “Redenen genoeg dus om het NAP-meetnet van tijd tot tijd te herzien.”

Rijkswaterstaat haalt daarvoor de modernste technieken uit de kast. Het is voor het eerst dat simultaan gebruik wordt gemaakt van vier verschillende meettechnieken, die - ondersteund door satellietplaatsbepalingen - nauwkeurigheden tot in de orde van millimeters per kilometer kunnen garanderen.

Dat is wel eens anders geweest. Officieel dateert het Normaal Amsterdams Peil uit 1686. In die dagen was het meten van waterhoogten een plaatselijke aangelegenheid. Daardoor ontstonden allerlei verschillende officiële peilen, zoals het Delflandpeil, het Friese Zomerpeil en het Winschoterpeil naast het Amsterdams Peil. In het jaar 1818 werd het Amsterdams Peil bij Koninklijk Besluit tot nationale standaard verheven en aangewezen als Nederlands ijkpunt voor het vaststellen van waterhoogten. Hieraan worden waterbewegingen en de hoogte van dijken, wegen en spoorwegen en andere punten op het land gerelateerd. Toen een latere, landelijke meting nogal bleek af te wijken van eerdere metingen, werd voor de uitkomst van de nieuwe metingen een nieuwe naam ingevoerd: het Normaal Amsterdams Peil. Dit ligt ongeveer op dezelfde hoogte als het gemiddelde zeeniveau, zestig procent van ons land ligt onder de zeespiegel.

Het huidige NAP-netwerk omvat zo'n 50.000 peilmerken in de vorm van ijzeren of bronzen bouten in solide gebouwen of bruggen. Binnen een straal van een kilometer is er altijd wel een te vinden om een hoogtebepaling aan te doen. Omdat ook die gebouwen, bijvoorbeeld in de polder, met peilmerk en al geleidelijk kunnen zakken, zijn er tevens zo'n 250 ondergrondse merken geplaatst. Dat zijn betonnen of granieten zuilen waarvan de voeten rusten in de pleistocene zandlaag, zij dienen als ijkpunten voor het meetnet. Daarnaast zijn er de peilschalen, die her en der in het water staan en waaraan je de waterstanden tot op de centimeter nauwkeurig kunt aflezen, met als nulpunt het NAP.

Apparatuur om de waterhoogte voortdurend te registreren bevindt zich in speciale peilschaalhuisjes. De gegevens van het peilmerkennet worden bijgehouden door de Meetkundige Dienst van Rijkswaterstaat, die ze tegen betaling beschikbaar stelt. Er is een vaste klantenkring van waterschappen, gemeenten, aannemers, oliemaatschappijen en andere gebruikers op de gegevens van het NAP-meetnet geabonneerd. Het meetnet dient ondermeer als uitgangspunt bij het vaststellen van schadeclaims wegens bodemdaling door de gaswinning in Groningen en bij juridisch opgelegde maatvoering in de bouw, bij polderpeilen en landinrichting. Daarmee zijn grote bedragen gemoeid en daarom is de grootste nauwkeurigheid vereist.

Tijdens de Vijfde Nauwkeurigheidswaterpassing worden verschillende meetmethoden gebruikt. In de eerste plaats is er de klassieke optische waterpassing, die al in de oudheid werd toegepast. Waterpassen wil zeggen, meten hoeveel hoger of lager het ene punt ligt ten opzichte van het andere punt. Het eenvoudigste voorbeeld speelt zich af tussen twee denkbeeldige steigers in een kanaal met stilstaand water. Met een lange liniaal meet je eerst hoe hoog de ene steiger boven water uitsteekt, en daarna doe je hetzelfde bij de andere steiger. Daaruit volgt het hoogteverschil tussen de beide steigers.

Volgens hetzelfde principe werkt het waterpasinstrument van de landmeter. De landmeter zet zijn kijkertje waterpas op een statief op een bekende hoogte bij een peilmerk, bijvoorbeeld een meter boven NAP, en tuurt daar doorheen precies horizontaal naar een grote liniaal, het waterpasbaken, die zijn collega een eind verderop omhoog houdt. Meet je daar bijvoorbeeld 1 meter 50 af, dan bedraagt het hoogteverschil tussen kijker en baak een halve meter. “Hiermee is een meetnauwkeurigheid van 1 centimeter over 100 kilometer te bereiken”, vertelt projectleider J.H. ten Damme van de meetkundige Dienst van Rijkswaterstaat, die het instrument in de haven van Maassluis demonstreert.

Het klassieke waterpassen is een kwestie van turen, schroeven en scherpstellen om het streepje op de liniaal zo nauwkeurig mogelijk af te lezen. Gelukkig levert de moderne, digitale waterpasmeter hierbij sinds kort een grote tijdwinst op. De moderne digitale waterpasmeter volstaat met een opname van de in het kijkvenster waargenomen liniaal, die hij vervolgens in zijn computergeheugen razendsnel vergelijkt met duizenden daar opgeslagen soortgelijke situaties. Daar rolt een getal uit, dat meteen wordt vastgelegd. Binnen vier seconden is de meting voltooid.

In de praktijk overbrug je met zo'n waterpasmeting geen afstand groter dan honderd meter. Verder weg kan de landmeter de liniaal niet goed meer zien. Om grotere afstanden te meten is een aaneenschakeling van meerdere meetopstellingen nodig: de zogeheten doorgaande waterpassing. Voor het gehele Nederlandse NAP-meetnet, dat ongeveer 4000 kilometer omvat, zijn ten minste 40.000 aaneenschakelingen van meetopstellingen nodig. Zo kun je ons land van noord naar zuid en weer terug helemaal rond gaan en als alles klopt, kom je dan bij het laatste waterpasbaken weer op de oorspronkelijke hoogte uit.

M.s. Niveau

Het is natuurlijk denkbaar dat in dit systeem van alsmaar doorgaande kleinschalige metingen een systematische fout sluipt. Daarom wordt het werk aangevuld met hydrostatische waterpasmetingen, uitgevoerd vanaf een schip. Rijkswaterstaat beschikt hiervoor over een eigen waterpasmeetschip, de m.s. Niveau. Het ligt in de haven van Maassluis, een oerdegelijk, stabiel schip dat oorspronkelijk munitie transporteerde. Vanaf de Niveau wordt een met water gevulde loden kabel over de bodem uitgelegd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de wet van de communicerende vaten. Je mag aannemen dat het water in de beide rechtopstaande uiteinden van de kabel - die wel 15 kilometer lang kan zijn - even hoog staat. Hierbij haal je een nauwkeurigheid van een halve centimeter tot een millimeter per 100 kilometer.

“Bij het meten van zeespiegelrijzing praat je over dat soort kleine verschillen”, stelt meetkundig expert Brouwer van Rijkswaterstaat. Deze meetmethode is in gebruik genomen na de watersnoodramp van 1953. Bij de aanleg van de Deltawerken moest men grotere afstanden kunnen overbruggen dan tot nog toe in de landmeetkunde gebruikelijk om bijvoorbeeld de hoogteverschilen van de dijken nauwkeurig in kaart te brengen. Het kabelschip de Niveau verricht de komende tijd zo'n 1000 kilometer hydrostatische waterpassing tussen 210 ondergrondse merken. Dat werk heel nauwkeurig, een bezwaar is uiteraard wèl dat het schip gebonden is aan waterwegen. Die moeten minstens 45 centimeter diep zijn, anders loopt het schip vast. Voortdurend worden luchtdruk- en temperatuurmetingen gedaan om de metingen te corrigeren.

Sinds kort worden de waterpasmetingen aangevuld met satelliethoogtemetingen, waarbij gebruik wordt gemaakt van het Amerikaanse satelliet-plaatsbepalingssysteem GPS. Dit Global Positioning System, dat oorspronkelijk voor militaire doeleinden werd ontwikkeld en ondermeer in de Golfoorlog is gebruikt, maakt gebruik van satellieten die op zo'n 20.000 kilometer hoogte boven de aarde hangen. De ontvanger op aarde ontvangt simultaan radiosignalen die door de satellieten worden uitgezonden. Door de gegevens van de verschillende ontvangers ten opzichte van de satelliet als bekend punt op de juiste wijze met elkaar te combineren kan men hoogteverschillen tot enkele millimeters bepalen.

De vierde en laatste meetmethode is de gravimetrie, die berust op verschillen in zwaartekracht op aarde. Deze metingen zullen plaatsvinden op 70 punten. Ze worden uitgevoerd met een klein balletje aan een veer, dat door de zwaartekracht meer of minder wordt uitgetrokken. Het verschil in zwaartekracht tussen twee punten levert informatie op over verandering in de massa van de ondergrond, of over hoogteverandering. Dit geschiedt met een ijzingwekkende nauwkeurigheid. Ter vergelijking: als je twee treden de trap oploopt, word je een honderdste gram lichter door het verminderen van de zwaartekracht. Op 31 december 1998 moeten alle meetresultaten binnen zijn en als die allemaal zijn uitgewerkt, is het NAP-meetnet klaar voor de volgende eeuw.