Klots klots

Gemiddeld twee keer per jaar doen zich langzame maar grote golfbewegingen (seiches) voor in de Rotterdamse en IJmuidense havens. Dergelijke oscillaties zijn niet te voorkomen, maar het is wel van belang te weten wanneer zij eraan komen.

De havenbeheerders van Rotterdam en IJmuiden hebben er van tijd tot tijd last van: seiches. Deze onverwachte golfbewegingen, die soms zo hoog zijn dat het verschil tussen top en dal wel enkele meters bedraagt, treden op als de golven van zee in de haven worden opgeslingerd door resonantie. Relatief hoge seiches komen in de haven van Rotterdam ongeveer twee keer per jaar voor. Daar hebben deze slingeringen een top-top periode van 1,5 uur, terwijl in IJmuiden de oscillaties een top-top periode hebben van maximaal een half uur. In beide gevallen kan het fenomeen enkele uren aanhouden. Hoewel het bestaan van dergelijke golven al vele decennia bekend is, bestaat er een opvallend gebrek aan gedetailleerde kennis over de oorsprong ervan, terwijl het niet alleen gaat om een lastig randverschijnsel, maar zelfs tot veiligheidsproblemen kan leiden. Bij de monding van de haven kunnen schippers hinder ondervinden van onverwachte stromingen, en aangemeerde schepen kunnen door de kracht van de golven losbreken. Daarnaast hebben seiches invloed op de belastingen die op constructies zoals de stormvloedkering in de Nieuwe Waterweg worden uitgeoefend. ``Als de stormvloedkering bij storm is gesloten, hoopt het rivierwater zich aan de stroomopwaartse kant van de kering op,'' vertelt ir. Martijn de Jong, ``Tijdens het volgende laagwater op zee kan een situatie optreden waarbij de waterstand aan de landzijde hoger is dan aan de zeezijde van de kering. Indien een seiche optreedt, kan dit waterstandsverschil nog eens toenemen. Het weerstand kunnen bieden aan deze extra belasting was bij het ontwerp van de kering van groot belang. Ook bij het huidige beheer houdt Rijkswaterstaat rekening met dit verschijnsel.''

De Jong onderzoekt sinds een jaar het verschijnsel van de opwekking van seiches in het kader van zijn promotie-onderzoek aan de TU Delft, binnen het J.M. Burgers Centrum, onderzoeksschool op het gebied van de stromingsleer. De dr.ir. Cornelis Lely Stichting en Rijkswaterstaat financieren het onderzoek. ``Hoewel de oorsprong en de eigenschappen van de seiches niet in detail bekend zijn, bestond wel het vermoeden dat deze oscillaties in de Rotterdamse haven voort kunnen komen uit luchtdrukvariaties die gepaard gaan met de passage van koufronten.''

Met behulp van een simulatiemodel heeft De Jong het verloop van de waterbeweging in relatie tot de atmosferische druk voor een aantal gevallen gesimuleerd. Uit deze simulaties bleek dat de atmosferische drukverstoringen inderdaad lange golven op zee kunnen opwekken met golflengtes, waarvoor de haven van Rotterdam gevoelig is. Daarnaast bevestigden metingen het bestaan van lange golven op zee, kort voordat er een seiche in de haven van Rotterdam optrad. ``De seiche kon ontstaan doordat de lange golven die op zee werden opgewekt rond de eigen periode van het Rotterdamse havenbekken lagen; met een periode van ongeveer 90 minuten.'' aldus De Jong, ``Op zee hebben deze golven een relatief kleine top-dal hoogte, namelijk in de orde van enkele centimeters. Deze kunnen echter in de havens seiches veroorzaken met veel grotere top-dal hoogten. Zo zijn er voor de haven van Rotterdam seiches bekend met een hoogte van ruim 1,5 meter.''

DRUKSPRONG

De passage van een koufront gaat soms gepaard met snelle variaties in de luchtdruk. Het gaat dan vaak om relatief kleine luchtdrukveranderingen, maar juist de scherpte van de sprong is van invloed. Het zeewater reageert op deze plotselinge druksprongen en de golven die zo op zee ontstaan kunnen in kusthavens opslingeren tot seiches. Eén van de recent onderzochte gevallen, een seiche op 30 oktober 2000, laat duidelijk het verband zien: de atmosferische druk vertoont een scherpe sprong van 2 hPa (hectoPascal of mbar) tijdens het passeren van een koufront, rond 10.00 uur 's morgens. De meting op de Noordzee laat zien dat deze atmosferische drukverstoring golven opwekt op zee. In de meting in de haven is zowel het getij, met een periode van ruim 12 uur, als de seiche zichtbaar die optrad met top-dal hoogte van ongeveer een meter. ``De storm hield gedurende drie dagen aan,'' aldus De Jong, ``maar dat wil niet alles zeggen. Je kunt zware storm hebben zonder seiches, terwijl een minder zware storm wel een seiche kan veroorzaken. Ik heb me tot nu toe geconcentreerd op de gebeurtenissen waarbij er een sprong in de atmosferische druk optrad. Maar ook andere mechanismen kunnen een rol spelen, daarom vraagt een aantal gevallen nog verdere studie.''

De Jong verwacht dat de opgedane kennis meteen in de praktijk zal worden toegepast: ``Voor de continuïteit van de havenactiviteiten is het gewenst te voorspellen wanneer er een seiche te verwachten valt. Ook voor de verdere ontwikkeling van havengebieden in Rotterdam zijn betrouwbare gegevens nodig. Daarnaast is mijn onderzoek van belang voor het beheer van de stormvloedkering in Rotterdam. Op deze manier draagt dit onderzoek ook voor een deel bij aan de veiligheid van Nederland tegen overstromingen, en daar is het uiteindelijk toch om te doen.''

Op internet is een eenvoudig programma aanwezig om seiches te berekenen: www.coastal.udel.edu/faculty/rad/seiche.html