RVS Ontwerp verklaring van geen bedenkingen voor realisatie van een drijvend zonnepark bijlage 9 rapport
Tekst van het document
RAPPORT Drijvend zonnepark Krammersluizen (Laag- en Hoogbekken) QuickScan plaatsingsmogelijkheden aan de hand van effecten op waterkerende en waterscheidende functie Klant:
RWS Zee en Delta
Referentie: BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001 Status:
Definitief/3.0
Datum:
15 oktober 2020
Projectgerelateerd
HASKONINGDHV NEDERLAND B.V.
Postbus 1132 3800 BC Amersfoort Maritime & Aviation Trade register number: 56515154 +31 88 348 20 00 T +31 33 463 36 52 F info@rhdhv.com E royalhaskoningdhv.com W
Titel document: Drijvend zonnepark Krammersluizen (Laag- en Hoogbekken) Ondertitel: QuickScan Zonnepark Krammersluizen Referentie: BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001 Status: 3.0/Definitief Datum: 15 oktober 2020 Projectnaam: QuickScan Zonnepark Krammersluizen Projectnummer: BH1126 Auteur(s): Jurgen Cools en Jasper Leuven
Opgesteld door: Jasper Leuven Gecontroleerd door: Bram Evers Datum/paraaf: 14 juli 2020 Goedgekeurd door: Jurgen Cools Datum/paraaf:
15 oktober 2020
Classificatie Projectgerelateerd
Behoudens andersluidende afspraken met de Opdrachtgever, mag niets uit dit document worden verveelvoudigd of openbaar gemaakt of worden gebruikt voor een ander doel dan waarvoor het document is vervaardigd. HaskoningDHV Nederland B.V. aanvaardt geen enkele verantwoordelijkheid of aansprakelijkheid voor dit document, anders dan jegens de Opdrachtgever.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
i
Projectgerelateerd
Inhoud 1
Inleiding
1
1.1
Aanleiding
1
1.2
Vraag
2
1.3
Aanpak en leeswijzer
2
2
Referenties
3
2.1
Ontvangen gegevens van Rijkswaterstaat Zee & Delta
3
2.2
Overige informatie en geraadpleegde bronnen
3
3
Functieomschrijving Laag- en Hoogbekken
4
3.1
Waterscheidende en nivellerende functie (zoet en zout)
4
3.2
Waterkerende functie
5
3.3
Windpark Krammer
8
3.4
Randvoorwaarden vanuit functioneel gebruik
9
4
Onderzoek bodemopbouw
11
4.1
Beschikbaar grondonderzoek
11
4.2
Bodemopbouw Laagbekken
11
4.2.1 4.2.2 4.2.3
Beschikbaar grondonderzoek Bodemopbouw ter plaatse van de waterbodem Bodemopbouw ter plaatse van het talud
11 11 13
4.3
Bodemopbouw Hoogbekken
13
4.3.1 4.3.2 4.3.3
Beschikbaar grondonderzoek Bodemopbouw ter plaatse van de waterbodem Bodemopbouw ter plaatse van het talud
13 14 15
5
Identificatie kritische en minder kritische zones
16
5.1
Onderverdeling op basis van erosiegevoeligheid ondergrond
16
5.2
Onderverdeling op basis van draagkracht ondergrond
17
5.3
Onderverdeling op basis van geometrie
17
5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4
Afwijking hoogteligging bodem ten opzichte van bouwtekening Uitgangspunten geometrie op basis van bouwtekening en bodempeiling Resulterende dwarsprofielen Markering taluds in overzichtskaart
19 21 22 23
5.4
Onderverdeling op basis van nabijheid waterkering
23
5.5
Onderverdeling op basis van stroomsnelheid
24
5.6
Overzicht kritische zones
26
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
ii
Projectgerelateerd
6
Inventarisatie drijf- en verankeringstechnieken
29
6.1
Overzicht drijftechnieken
29
6.2
Overzicht verankeringstechnieken
30
6.3
Indicatie belastingen
33
7
Mogelijkheden verankering in kritische en niet-kritische zones
35
7.1
Algemeen
35
7.2
Beïnvloeding functies Hoog- en Laagbekken
35
7.3
Overzicht mogelijkheden verankeringstechnieken
36
8
Haalbaarheid plaatsing drijvend zonnepark
38
Bijlagen 1. Overzicht beschikbaar grondonderzoek 2. Onderverdeling op basis van grondsoort 3. Bouwtekening, met daarna een onderverdeling op basis van geometrie 4. Onderverdeling op basis van stroomsnelheden 5. Zonering Hoog- en Laagbekken
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
iii
Projectgerelateerd
1
Inleiding
1.1
Aanleiding
In opdracht van het ministerie van Economische Zaken (EZK) bekijken Rijkswaterstaat (RWS), Rijksvastgoedbedrijf (RVB) en Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) hoe zij duurzame energieopwekking mogelijk kunnen maken op het eigen areaal. De potentie van tien verschillende locaties wordt momenteel onderzocht in het kader van het pilotprogramma “Duurzame Energie op Rijksgronden”. Eén potentiële locatie ligt in het Zeeuwse areaal van Rijkswaterstaat Zee & Delta: de Krammersluizen. Rijkswaterstaat Zee en Delta verkent met RVB en RVO de mogelijkheid voor het plaatsen van drijvende zonnepanelen op het Laagbekken en het Hoogbekken bij de Krammersluizen (zie Figuur 1-1). De dam rondom het Laagbekken maakt onderdeel uit van een primaire waterkering (Philipsdam) tegen de Oosterschelde. Daarnaast heeft het Laagbekken een functie in het nivelleren van de Krammersluizen. Het Hoogbekken heeft geen directe waterveiligheidsfunctie. Het Hoogbekken heeft momenteel een functie van zoet/zout-scheiding. Er staat een renovatie van de bekkens gepland. Het Hoogbekken verliest na de renovatie van de Krammersluizen zijn functie. De potentie en haalbaarheid van een drijvend zonnepark op de bekkens hangt af van de mogelijkheden en effecten van (de verankering van) zonnepanelen op de waterveiligheid van het Laag- en Hoogbekken.
Momenteel is hierover onvoldoende inzicht, waardoor een verkennend onderzoek nodig is.
Hoogbekken
Figuur 1-1: Locatie Laagbekken en Hoogbekken bij de Krammersluizen
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
1
Projectgerelateerd
1.2
Vraag
Rijkswaterstaat Zee & Delta heeft aan Royal HaskoningDHV (RHDHV) gevraagd een QuickScan uit te voeren naar de te verwachten mogelijkheden en effecten van de fundering van drijvende zonnepanelen op de ondergrond van het Laagbekken en Hoogbekken bij de Krammersluizen. Dit vanuit het oogpunt van de waterveiligheid (onder andere de mogelijke aantasting van de waterkerende en waterscheidende functie door de verankering van de panelen op het talud en de bodem van beide wateren) en de sluisfunctie. Ten behoeve van de sluisfunctie is er gekeken naar de kans dat zonnepanelen loslaten, de kans dat de doorstroming verminderd wordt en naar de bodemintegriteit.
1.3
Aanpak en leeswijzer
Voor de QuickScan zijn de volgende stappen doorlopen: 1) Opstellen van een functieomschrijving van het Laag- en Hoogbekken en daaruit volgende randvoorwaarden vanuit functioneel gebruik. De resultaten hiervan zijn beschreven in Hoofdstuk 3. 2) Afleiden bodemopbouw van het Laagbekken en Hoogbekken aan de hand van beschikbare grondonderzoeken. De resultaten zijn beschreven in Hoofdstuk 4. 3) Identificeren van kritische en minder kritische zones aan de hand van de bodemopbouw (erosiegevoeligheid), draagkracht, de geometrie (talud, vlak, bocht, smal, breed), nabijheid van de waterkering en de stroomsnelheid. Voor het inschatten van de stroomsnelheid is de dieptegemiddelde stroomsnelheid bepaald bij verschillende condities (lage waterstand en hoge waterstand in combinatie met een typische afvoer). De resultaten zijn beschreven in Hoofdstuk 5. 4) Inventariseren drijf- en verankeringstechnieken, zie Hoofdstuk 6. 5) Bepalen haalbaarheid van verankering op het rechte stuk op de (waarschijnlijk) platte bodem van het Laagbekken en Hoogbekken in minder kritische zones en kritische zones. De resultaten zijn beschreven in Hoofdstuk 7. 6) In Hoofdstuk 8 is een overzicht gegeven van randvoorwaarden voor borging van de waterveiligheid en waterscheidende functie.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
2
Projectgerelateerd
2
Referenties
2.1
Ontvangen gegevens van Rijkswaterstaat Zee & Delta
[REF1] Waterstanden, waterafvoeren in het Hoogbekken en Laagbekken tijdens normale en tijdens extreme omstandigheden, evenals de situatie na de aanstaande renovatie van de bekkens. [REF2] Rijkswaterstaat, Werkbestek Philipsdam zuid incl. tekeningen. Zaaknummer 31052573, 19 juni 2014. [REF3] Ontwerptekening van de bufferbekkens. [REF4] Peilgegevens 2013 (Deltares)
2.2
Overige informatie en geraadpleegde bronnen
[REF5] Deltares, Verkennend onderzoek haalbaarheid innovatief zout/zoet-scheidingssysteem Krammersluizen. Kenmerk 1205977-000-VEB-0007, augustus 2012. [REF6] www.dinoloket.nl: Ondergrondmodellen, boringen en sonderingen uit het BRO en digitaal archief van NITG-TNO [REF7] Nationaal Bestand Primaire Waterkeringen (www.waterveiligheidsportaal.nl) [REF8] Effect of Scour Depth on Ultimate Capacity and Settlement of Piled Foundation: Proceedings of the 2nd GeoMEast International Congress and Exhibition on Sustainable Civil Infrastructures, Egypt 2018 – The Official International Congress of the Soil-Structure Interaction Group in Egypt (SSIGE) [REF9] Brief Groenleven Zonne-energie aan Gemeente Druten inzake drijvende zonnepark “Uivermeertjes”, 18 november 2019
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
3
Projectgerelateerd
3
Functieomschrijving Laag- en Hoogbekken
3.1
Waterscheidende en nivellerende functie (zoet en zout)
Het Krammersluizencomplex bestaat uit twee duwvaartsluizen voor beroepsvaart en twee kleinere jachtensluizen voor de recreatievaart. De sluizen zorgen voor de scheiding tussen het zoete water uit het Krammer/Volkerak-Zoommeer (KV) en het zoute water uit de Oosterschelde (OS), zie Figuur 3-1.
Figuur 3-1: Het Krammersluizencomplex in de Philipsdam (OS=Oosterschelde, KV=Krammer-Volkerak) [REF4]
Huidige functie Laag- en Hoogbekken Om het water gescheiden te houden wordt in de sluiskolken zout water vervangen door zoet water en andersom. Het Laagbekken en het Hoogbekken zijn door hoge dijken omringde waterreservoirs. De waterbekkens maken onderdeel uit van het zout-zoet scheidingssysteem. De volgende beschrijving van de werking van het huidige Krammersluizencomplex is ontleend aan het Deltares rapport [REF5]: Voordat een sluiskolk naar het KV wordt geopend, wordt zijn zoute inhoud door zoet KV-water vervangen. Via wandschuiven hoog in de zijwanden van de kolk stroomt daarvoor langzaam en verdeeld zoet water uit het KV de kolk in, terwijl zijn volume via de bodem wordt onttrokken. Wanneer het gehele kolkvolume is verwisseld, wordt de kolk volledig zoet en zal er geen zout naar het KV lekken. Dit proces wordt het “verwisselen” van het kolkvolume met zoet water genoemd. In de jachtensluizen onttrekt een gemaal het kolkvolume. In de duwvaartsluizen stroomt water via de geperforeerde kolkvloer naar het Laagbekken. Een deel van het zoete water waarmee het zoutere kolkvolume is verwisseld, wordt of kan worden teruggewonnen door vervolgens de kolk tot een zekere geringe diepte, maar dieper dan de onderzijde van de wandschuiven, met zout water te vullen en het zoete water via de wandschuiven naar de voorhavens aan de KV-zijde te stuwen.
Het daarvoor benodigde zoute water wordt geleverd uit het Hoogbekken. Het waterpeil in het Hoogbekken wordt vanuit het Laagbekken 15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
4
Projectgerelateerd
met gemalen op peil gehouden. De functie van beide waterbekkens is om sneller dan redelijkerwijs mogelijk met gemalen het proces van verwisselen uit te voeren en de wachttijd voor de scheepvaart te beperken. Functieverlies Hoogbekken Rijkswaterstaat bereidt momenteel in het kader van de onderhoudsopgave 'verjongen, vernieuwen en verduurzamen' een grootschalige renovatie van het Krammersluizencomplex voor. Het installeren van een nieuw innovatief systeem voor zoet-zoutscheiding middels een bellenscherm in de duwvaartsluizen is een van de deelprojecten. Als gevolg hiervan zal het Hoogbekken haar functie na de renovatie verliezen, waardoor verversing van het water minder frequent zal plaatsvinden, vermoedelijk nog maar 2 à 3 keer per week. De ombouw van de zoet-zoutscheiding zal volgens huidige planning in 2024-2025 plaatsvinden. Uitgangspunt voor deze quickscan is dat het zonnepark ofwel voor de ombouw ofwel juist na de oplevering van het renovatieproject zal worden gerealiseerd. De gedachte hierachter is dat tijdens de ombouw van de zoet-zoutscheiding geen andere werkzaamheden kunnen plaats vinden dan de werkzaamheden die zijn voorzien in het project Renovatie Krammer. Nivellerende functie bekkens Voor de nivellerende functie zijn voldoende doorstroming van belang. Daarnaast mogen eventuele zonnepanelen niet loslaten of wegwaaien.
Veel van deze aspecten hangen samen met de bodemintegriteit, de stroomsnelheid en het doorstroomprofiel. Deze aspecten worden verder geanalyseerd in Hoofdstuk 4 en 5. Hierin wordt het onderzoek van de bodemopbouw en de identificatie van kritische zones beschreven. Deze analyse zijn met name gericht op het in beeld brengen van effecten voor de waterveiligheid, scheidende functie en nivellerende functie van de bekkens.
3.2
Waterkerende functie
Rijkswaterstaat Zee & Delta, District Noord is eigenaar en beheerder van de Kade Laagbekken en Kade Hoogbekken. Het bevoegd gezag in het kader van de Natuurbeschermingswet 1998 is het Ministerie van Economische Zaken. Kade Laagbekken Naast de nivellerende functie en de functie als zoet-zoutovergang heeft de kade rondom het Laagbekken ook een waterkerende functie tegen de Oosterschelde (Figuur 3-2). De kade is onderdeel van dijktraject 217 (Phillipsdam) met een lengte van 7,8 kilometer en een signaleringswaarde voor de faalkans van 1:30.000 per jaar. De waterkering vormt de verbinding tussen de Grevelingendam en Sint Philipsland. De dam beschermt het achterland tegen het buitenwater van het Zijpe, een uitloper van de Oosterschelde. Verder grenst de dam aan het Krammer-Volkerak.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
5
Projectgerelateerd
Figuur 3-2: Dijktrajecten met bijbehorende norm (signaleringswaarde) [REF7]
De Philipsdam is gereedgekomen in 1987. De functie van de Philipsdam is compartimentering en het verzorgen van een stabiele waterstand op het (zoete) Volkerak-Zoommeer en de daarin gelegen en aansluitende Schelde-Rijnverbinding. De hoogte van de Philipsdam varieert van NAP +5,2 m nabij het Laagbekken tot NAP +7,8 tussen de twee sluizencomplexen. De kade rondom het Laagbekken betreft een zanddijk op een zandondergrond. Aan de binnenzijde heeft het talud een helling 1:2 en is afgewerkt met 0,60 m klei. Het talud van de binnenberm heeft een helling 1:4 en is afgewerkt met stortsteen tot het niveau NAP -3,25 m. Het onderste deel van het onderwatertalud (tot de binnenteen op NAP -4,5 à -5,5 m) heeft een helling 1:6 en is niet bestort. Het buitentalud heeft een helling 1:4 en is afgewerkt met 0,80 m klei. In 2015 is de steenbekleding op het talud van de buitenberm versterkt met breuksteen en gietasfalt. Op een klein deel van de dijk zijn de bestaande stenen vervangen door nieuwe betonzuilen. Een typische doorsnede is weergegeven in Figuur 3-3. De doorsnede is samengesteld op basis van een historisch profiel en een bestekstekening voor het buitentalud [REF2].
Figuur 3-3: typische doorsnede waterkering Laagbekken
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
6
Projectgerelateerd
Het gehele oppervlak van het Laagbekken is onderdeel van de beschermingszone van de voorliggende waterkering, zie Figuur 3-4. Een zonnepark op het Laagbekken zal zijn gelegen aan de binnenzijde van de waterkering in de beschermingszone. Aan de noordoostzijde wordt het Laagbekken begrenst door een groot grondlichaam (Philipsdam). Deze dijk is robuuster (hoger en breder) dan de voorliggende primaire kering. Dit grondlichaam vervult een waterkerende functie voor het water vanaf het Volkerak. Er is dus sprake van een parallel watersysteem.
Figuur 3-4: zonering waterkering Laagbekken
Kade Hoogbekken De voorhavendam aan de noordzijde van het Hoogbekken maakt onderdeel uit van de kernzone van de Philipsdam, zie Figuur 3-5. Reden hiervoor is dat er geen verborgen bekleding aanwezig is op het grondlichaam onder de aansluiting met de voorhavendammen. Daarnaast zorgen de voorhavendammen voor een beperking van de golfaanval op de sluisdeuren. De overige kaden van het waterbekken hebben geen waterkerende functie. Een typische doorsnede is weergegeven in Figuur 3-6.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
7
Projectgerelateerd
Figuur 3-5: zonering waterkering Hoogbekken
Figuur 3-6: typische doorsnede kade Hoogbekken
3.3
Windpark Krammer
Op en rondom het Krammersluizencomplex, de Philipsdam en de Grevelingendam is in de periode 20162019 het Windpark Krammer aangelegd. Het park bestaat uit 34 windturbines, zie Figuur 3-7. Rondom de waterbekkens zijn de windturbines gebouwd op een platform tegen het binnentalud. De meeste windturbines zijn gelegen in de kernzone en beschermingszone van de primaire waterkering. De windturbines betreffen ‘niet waterkerende objecten’ en nemen een deel in van de faalkansruimte van de waterkering. Voor RWS was het windpark Krammer een ‘pilot’ project ten aanzien van plaatsing van windturbine in de kernzone. De locatie voor de pilot is destijds gekozen, omdat sprake is van extra veiligheid door voorliggende waterkeringen (Oosterscheldekering), een over-gedimensioneerd dijklichaam, een parallel watersysteem (Philipsdam) en een buffer in het achterland in de vorm van het Volkerak Zoommeer.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
8
Projectgerelateerd
Figuur 3-7: Windpark Krammer (Windpark Krammer, facebook)
3.4
Randvoorwaarden vanuit functioneel gebruik
Op basis van de voorgaande functieomschrijvingen zijn de volgende randvoorwaarden afgeleid, waarmee bij de ontwikkeling van het drijvende zonnepark rekening dient te worden gehouden (zie ook Figuur 3-8): • In het Hoogbekken dient langs de voorhavendam rekening te worden gehouden met de (buiten)beschermingszone van de waterkering. Plaatsing in de (buiten)beschermingszone is niet zondermeer mogelijk, in verband met mogelijke invloed op de waterveiligheid. Zo kunnen beperkingen gelden ten aanzien van trillingen of aanvoer van materialen over de dam. • In het Laagbekken behoort het binnentalud van de waterkering tot de kernzone. In deze zone zijn al windturbinefundaties aanwezig. Verankering van zonnepanelen in deze zone is ongewenst door een mogelijk ongunstig effect op de waterveiligheid: de verankering vormt ‘niet waterkerende objecten’ die een deel van de faalkansruimte in zal nemen. • In het Laagbekken behoort het gehele oppervlak tot de beschermingszone van de waterkering. Verankering van zonnepanelen op of in de bodem is alleen toegestaan indien aangetoond wordt dat er geen ongunstig effect is op de waterveiligheid. • Verankering in de taluds wordt gezien als onwenselijk vanuit de uitvoering, vanwege de waterkerende functie, maar is daarnaast ook vanuit ecologisch perspectief niet wenselijk (andere parallelle studie).
Op basis hiervan is er dus voor gekozen om de zone van het talud in deze QuickScan in ieder geval te vermijden. Daarom zal in Hoofdstuk 5 de breedte van het talud bepaald worden en wordt deze zone uitgesloten voor een mogelijk zonnepark. • Overige aspecten van de nivellerende functie worden meegenomen bij het onderzoek naar de bodemopbouw (Hoofdstuk 4) en de identificatie van de kritische zones (Hoofdstuk 5).
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
9
Projectgerelateerd
Figuur 3-8: Onderverdeling op basis van de zonering van de waterkering.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
10
Projectgerelateerd
4
Onderzoek bodemopbouw
4.1
Beschikbaar grondonderzoek
Om inzicht te krijgen in de laagopbouw van de ondergrond is gebruik gemaakt van beschikbare sonderingen en boringen uit het digitale archief van NITG-TNO [REF6][REF5]. In Bijlage 1 is een overzicht gegeven van de boor- en sondeerlocaties.
4.2
Bodemopbouw Laagbekken
4.2.1
Beschikbaar grondonderzoek
In onderstaand figuur is aangeven welke boringen (B) en sonderingen (S) aanwezig zijn in en rondom het Laagbekken.
Figuur 4-1: beschikbaar grondonderzoek Laagbekken.
4.2.2
Bodemopbouw ter plaatse van de waterbodem
Aan de hand van het beschikbare grondonderzoek is de grondsoort op waterbodemniveau (-3,5 à -7,5 m NAP, zie Figuur 6-2) bepaald. Op de waterbodem is geen bestorting aanwezig. In alle boringen en sonderingen is op waterbodemniveau fijn tot matig grof zand aangetroffen. De aangetroffen bodemopbouw op waterbodemniveau is weergegeven in onderstaand figuur en op een situatietekening in Bijlage 2.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
11
Projectgerelateerd
Figuur 4-2: bodemopbouw ter plaatse van de waterbodem in het Laagbekken.
In Figuur 4-3 is een geologische lengtedoorsnede van het Laagbekken weergegeven (afgeleid met het GeoTop model van DinoLoket). Uit de doorsnede blijkt dat overwegend zand aanwezig is tot circa NAP -18 m. Het zand behoort tot de geologische Formatie van Naaldwijk (Laagpakket van Walcheren). Vanaf NAP -18 m kan klei en kleiig zand worden aangetroffen. Deze afzettingen behoren tot de geologische Formatie van Waalre.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
12
Projectgerelateerd
Antropogene afzettingen Veen Klei Kleiig zand Zand, fijn Zand, matig Zand, grof Grind Schelpen
Figuur 4-3: Lengtedoorsnede Laagbekken met meest waarschijnlijke grondsoort.
4.2.3
Bodemopbouw ter plaatse van het talud
De kade rondom het Laagbekken is opgebouwd uit zand. Vermoedelijk is voor de aanleg zand gebruikt, dat is vrijgekomen bij de ontgraving van het sluizencomplex. Ten aanzien van het talud kan onderscheid worden gemaakt in: • Talud tussen NAP +1,0 m en NAP -3,25 met een helling 1:4 – opbouw van 0,25 m stortsteen op de natuurlijke zandondergrond; • Berm op NAP -3,25 m en het talud tot waterbodemniveau met een helling 1:6 – zandondergrond.
4.3
Bodemopbouw Hoogbekken
4.3.1
Beschikbaar grondonderzoek
In onderstaand figuur is aangeven welke boringen (B) en sonderingen (S) aanwezig zijn in en rondom het Hoogbekken.
Figuur 4-4: beschikbaar grondonderzoek Laagbekken.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
13
Projectgerelateerd
4.3.2
Bodemopbouw ter plaatse van de waterbodem
Aan de hand van de boringen en sonderingen is de grondsoort op waterbodemniveau (-4,0 m NAP) bepaald. Nagegaan is welke grondsoort overwegend aanwezig is tot 1 à 2 m onder het waterbodemniveau. Op de bodem is (met uitzondering van het in- en uitstroomkanaal) geen bestorting aanwezig. De aangetroffen grondsoorten zijn weergegeven in onderstaand figuur en op de situatietekening in Bijlage 2.
Figuur 4-5: bodemopbouw ter plaatse van de waterbodem in het Hoogbekken.
Op waterbodemniveau is in vrijwel het gehele gebied zand aangetroffen van de matige categorie (matig fijn tot matig grof). In het westelijk deel van het bekken is het zand fijner. In Figuur 4-6 is een doorsnede weergegeven met de meest waarschijnlijke grondsoort (afgeleid met het GeoTop model van DinoLoket). Uit de doorsnede blijkt dat plaatselijk een ondiepe veenlaag van enkel decimeters dikte kan voorkomen. Op grotere diepte is matig fijn tot grof zand dominant aanwezig. Tussen NAP -15 en -25 m zijn lagen fijn zand en kleiig zand aanwezig.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
14
Projectgerelateerd
Waterbodem NAP -4,0 m
Figuur 4-6: Doorsneden van het Hoogbekken met meest waarschijnlijke bodemopbouw.
4.3.3
Bodemopbouw ter plaatse van het talud
Op het talud van het Hoogbekken is zand aanwezig. Het zand is van natuurlijke oorsprong. Tot NAP -1,25 m is het talud afgedekt met 0,25 m stortsteen. Het lagergelegen talud is niet bestort.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
15
Projectgerelateerd
5
Identificatie kritische en minder kritische zones
De identificatie van de kritische en minder kritische zones is gebaseerd op de erosiegevoeligheid van de bodem en de draagkracht. De gebruikte methodiek is in dit hoofdstuk nader toegelicht. Tevens worden in dit hoofdstuk de kritische en minder kritische zones in kaart gebracht. Per zone is bekeken hoe de locatie scoort op de verschillende criteria. In de laatste paragraaf zijn deze scores gecombineerd tot een indeling op basis van haalbaarheid.
5.1
Onderverdeling op basis van erosiegevoeligheid ondergrond
De diverse grondsoorten op de waterbodem en het talud verschillen in gevoeligheid voor erosie en transport. Fijn zand kan al bij relatief lage stroomsnelheden worden geërodeerd. Grover zand en klei zijn juist beter bestand tegen erosie. Aan de hand van het Hjulström-Sundborg-diagram (Figuur 5-1) is een onderverdeling gemaakt ten aanzien van erosiegevoeligheid. De onderverdeling is aangegeven in Tabel 5-1. In het diagram wordt echter geen rekening gehouden met de waterdiepte, het geeft dus alleen een gevoeligheid per bodemtype weer. Wanneer we op basis van de zogenaamde ‘Shields parameter’, die de waterdiepte wel meeneemt, de daadwerkelijke schuifspanning op de bodem berekenen komen we tot de conclusie dat voor een fijn zandige bodem de diepte gemiddelde stroomsnelheid hoger moet zijn dan ongeveer 0,4 m/s om voor erosie te zorgen. Voor alle bodemsoorten is in Tabel 5-1 weergegeven wat de kritische waarde voor erosie is. Hieruit blijkt dat alleen bij stroomsnelheden hoger dan 0,4 m/s er een risico is op erosie. Deze 0,4 m/s is een benadering (+/- 0,1 m/s) voor fijn zand. In het vervolg van dit rapport gaan we uit van deze 0,4 m/s als indicatieve waarde.
Figuur 5-1: Hjulström-Sundborg-diagram voor de relatie tussen sedimenttransport en stroomsnelheid
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
16
Projectgerelateerd
Tabel 5-1: Onderverdeling op basis van gevoeligheid voor gronderosie door waterstroming. Als de stroomsnelheid hoger is dan de grens voor erosie, wordt de zone als ‘kritisch’ aangemerkt. Als de stroomsnelheid lager ligt, is de zone ‘niet kritisch’. De onzekerheid bij deze grenzen zit in de orde van ca. 0,1 m/s.
Grondsoort
Niet kritisch
Kritisch
Zand, fijn
< 0,40 m/s
> 0,40 m/s
Zand (matig grof/ medium) Klei en veen
< 1 m/s
> 1 m/s
Bestorting
< 2 m/s
> 2 m/s
5.2
Onderverdeling op basis van draagkracht ondergrond
In deze paragraaf wordt een eerste inschatting gemaakt van de draagkracht van de bodem, zonder dat de belasting en omvang van de bevestiging bekend zijn. De draagkracht van de ondergrond wordt met name bepaald door de aanwezige laagopbouw en schuifsterkte van de ondergrond. Over het algemeen is een ondergrond bestaande uit volledig zand het meest draagkrachtig. Het zand heeft namelijk een hoge schuifweerstand, een hoog volumegewicht en is bovendien weinig samendrukbaar. Een ondergrond met enkele meters klei en veen wordt beschouwd als weinig draagkrachtig. Per funderingstype (zie Hoofdstuk 7) is in Tabel 5-2 aangegeven welke type grondsoort het gunstigst is en welke het meest ongunstig. Zoals uit Hoofdstuk 4 blijkt is er nauwelijks klei en veen aanwezig in de ondergrond van het Laagbekken en het Hoogbekken. Mogelijk is er na aanleg van de bekkens fijn materiaal gesedimenteerd in delen van de bekkens. Dit fijne materiaal kan een lagere draagkracht hebben. Met name voor ankerblokken is dit relevant, omdat deze mogelijk zakken in de ondergrond. Er zijn echter geen gegevens beschikbaar om de dikte en samenstelling van deze afzettingen vast te stellen. Op basis van draagkracht zijn beide bekkens dus als ‘Niet kritisch’ te classificeren.
De implicatie van mogelijke slibsedimentatie wordt opgenomen in het overzicht met mogelijke verankeringstechnieken voor deze locatie (paragraaf 7.3). Tabel 5-2: Onderverdeling op basis van draagkracht ondergrond
Zone
Grondsoort
Draagkracht Ankerblokken
Klap- en Palen/ schroefankers damwanden
Kritisch
1
Klei en veen >1 à 2m dik
Laag
Laag
Laag
Niet kritisch
2
Bestorting, zand (fijn en matig grof)
Hoog
Hoog
Hoog
5.3
Onderverdeling op basis van geometrie
Verankering in de taluds wordt gezien als onwenselijk vanuit de uitvoering, vanwege de waterkerende functie (Hoofdstuk 3 en Figuur 3-8) en vanuit ecologisch perspectief. Op basis hiervan is er dus voor gekozen om de zone van het talud te vermijden. Daarom is er voor de locaties onderscheid gemaakt op basis van beschikbare vlakke bodem versus talud. De geometrie van de locaties is gebaseerd op de aangeleverde ontwerptekeningen (Figuur 5-2) in combinatie met bodempeilingen uit 2013 (Figuur 5-3). Het talud en de vlakke bodem zijn weergegeven in onderstaande figuren. De bouwtekening is tevens bijgevoegd als Bijlage 3. De bouwtekeningen zijn gebruikt om het hoogteprofiel van het talud te bepalen. De bodemhoogtepeilingen zijn gebruikt om de bodemhoogte van de platte bodem vast te stellen en aan te geven waar in de bekkens sedimentatie of erosie heeft plaatsgevonden ten opzichte van de ontwerptekening.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
17
Projectgerelateerd
Figuur 5-2: Ontwerptekening van de bufferbekkens (hoogbekken en laagbekken) bij de Krammersluizen [REF3]. De kleuren van de dwarsprofielen komen overeen met de kleuren van de dwarsprofielen zoals weergegeven in Figuur 5-6 & Figuur 5-7.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
18
Projectgerelateerd
Figuur 5-3: Bodemhoogtepeiling van de het hoogbekken en laagbekken bij de Krammersluizen [REF4].
5.3.1
Afwijking hoogteligging bodem ten opzichte van bouwtekening
Er zijn verschillen tussen de bouwtekening en de bodemhoogtepeiling uit 2013 vastgesteld. Dit kan erop duiden dat er erosie of sedimentatie heeft plaatsgevonden of dat de bekkens niet conform de bouwtekening zijn aangelegd. De meest recente bodemhoogte (van 2013) wordt gebruikt voor een inschatting van de optredende stroomsnelheden.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
19
Projectgerelateerd
Figuur 5-4: Vergelijking van de bodemhoogte van het Hoogbekken met het niveau van -4m NAP, zoals weergegeven in de bouwtekening. Een rode kleur geeft aan dat de bodemligging in 2013 lager was dan op de bouwtekening. Een Blauwe kleur geeft aan dat de bodemligging in 2013 hoger was dan op de bouwtekening. De zone van het talud dient hier buiten beschouwing gelaten te worden, want deze kaart betreft uitsluitend een vergelijking met het -4m NAP peilniveau.
In een groot deel van het Hoogbekken ligt de bodemhoogte lager dan op de bouwtekening. Op sommige locaties ligt de bodem meer dan een meter lager dan op de bouwtekening. Deze verschillen kunnen niet verklaard worden door een optredend erosieproces, omdat de stroomsnelheden hiervoor in dit bekken te laag liggen in de huidige situatie. Alleen nabij het in- en uitstroompunt treden er in de huidige situatie stroomsnelheden op, die zouden kunnen leiden tot erosie. Uit de berekeningen hieronder zal blijken dat dit in de situatie na renovatie niet meer het geval is.
Figuur 5-5: Vergelijking van de bodemhoogte van het Laagbekken met het niveau van -5.5m NAP [links], -4.5m NAP [middendeel] en -3.5 [rechts], zoals weergegeven in de bouwtekening. Een rode kleur geeft aan dat de bodemligging in 2013 lager was dan op de bouwtekening. Een Blauwe kleur geeft aan dat de bodemligging in 2013 hoger was dan op de bouwtekening. De zone van het talud dient hier buiten beschouwing gelaten te worden, want deze kaart betreft uitsluitend een vergelijking met het -4m NAP peilniveau.
Ook in een groot deel van het Laagbekken ligt de bodem lager dan op de bouwtekening. Op sommige locaties ligt de bodem meer dan een meter lager dan op de bouwtekening. Alleen in de zone nabij het inen uitstroompunt (zie groen omlijnd) is de bodemhoogte soms hoger dan op de bouwtekening. Hier zal rekening mee worden gehouden bij de inschatting van de stroomsnelheden.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
20
Projectgerelateerd
5.3.2
Uitgangspunten geometrie op basis van bouwtekening en bodempeiling
Op basis van de bouwtekeningen kan de geometrie van de taluds bepaald worden voor enkele representatieve dwarsprofielen. Op basis van de bouwtekening zijn de volgende uitganspunten gehanteerd voor de geometrie van de bekkens: • Hoogbekken: onder NAP een helling van 1:6, boven NAP een helling van 1:3 • Laagbekken voor talud van de meest oostelijke zone (niveau -3.5m NAP): boven +1.3m NAP met helling 1.3, dan tussen +1.3m en +1m helling 1:20, onder +1m NAP met helling 1:4, onder -2.5m helling NAP 1:6 • Laagbekken voor de andere twee zones (niveau -5.5 en -4.5m NAP): boven +1.3m NAP met helling 1.3, dan tussen +1.3m en +1m helling 1:20, onder +1m NAP met helling 1:4, op een hoogte van 3.25m NAP een stuk 4 meter horizontaal en daarna weer met helling 1:6 tot de diepte van het bekken. Op basis van de bodemhoogtepeilingen uit 2013 kan de hoogteligging van de bodem bepaald worden voor enkele representatieve dwarsprofielen. Op basis hiervan zijn de volgende uitganspunten gehanteerd voor de geometrie van de bekkens: • Vlakke bodemligging Hoogbekken op basis van de bouwtekening: -4,0m NAP • Bodemligging Hoogbekken op basis van peiling 2013, uitgelezen op transects in Figuur 5-2: o Gele dwarsprofiel: bodemhoogte varieert tussen de -5,2m NAP en -4,0m NAP. De gemiddelde waarde is ca. -4,5m NAP. Hiermee wordt gerekend voor de bepaling van de stroomsnelheden.
o Blauwe dwarsprofiel: bodemhoogte varieert tussen de -6,0m NAP en -3,6m NAP. De gemiddelde waarde is ca. -4,5m NAP. Hiermee wordt gerekend voor de bepaling van de stroomsnelheden. o Groene dwarsprofiel: bodemhoogte varieert tussen de -5,0m NAP en -4,5m NAP. De gemiddelde waarde is ca. -4,7m NAP. Hiermee wordt gerekend voor de bepaling van de stroomsnelheden. • Vlakke bodemligging Laagbekken op basis van de bouwtekening: 3 niveaus op -5,5m, -4,5m en 3,5m NAP • Bodemligging Laagbekken op basis van peiling 2013, uitgelezen op transects in Figuur 5-2: o Gele dwarsprofiel: bodemhoogte varieert tussen de -6,4m NAP en -5,3m NAP. De gemiddelde waarde is ca. -5,7m NAP. Hiermee wordt gerekend voor de bepaling van de stroomsnelheden. o Blauwe dwarsprofiel: bodemhoogte varieert tussen de -5,5m NAP en -4,3m NAP. De gemiddelde waarde is ca. -4,7m NAP. Hiermee wordt gerekend voor de bepaling van de stroomsnelheden. o Brede groene dwarsprofiel: bodemhoogte varieert tussen de -4,6m NAP en -6,7m NAP. De gemiddelde waarde is ca. -5,8m NAP. Hiermee wordt gerekend voor de bepaling van de stroomsnelheden. o Smalle groene dwarsprofiel: bodemhoogte varieert tussen de -5,0m NAP en -5,2m NAP. De gemiddelde waarde is ca. -5,3m NAP. Hiermee wordt gerekend voor de bepaling van de stroomsnelheden. Deze uitgangspunten zijn vertaald in een aantal representatieve dwarsprofielen (Figuur 5-6 & Figuur 5-7).
De bekkens kennen een relatief smal (30-50m breed) en steil talud (1:4) en een brede, relatief vlakke bodem die varieert tussen de 100 en 400 meter breed (het in- en uitstroompunt niet meegenomen).
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
21
Projectgerelateerd
De kade van het Laagbekken ligt op een hoogte tussen de +5,2 en +7,8 NAP. De hoogte van de Philipsdam varieert van NAP +5,2 m nabij het Laagbekken tot NAP +7,8 tussen de twee sluizencomplexen. De maximale hoogte van de kade van het Hoogbekken ligt op ca. NAP + 4,15 m.
5.3.3
Resulterende dwarsprofielen
Op basis van bovenstaande uitgangspunten, zijn een aantal karakteristieke dwarsprofielen bepaald. Op basis van deze karakteristieke dwarsprofielen is de breedte van het talud bepaald. Tevens zijn voor deze dwarsprofielen de typische stroomsnelheden uitgerekend (paragraaf 5.5).
Figuur 5-6: Typische dwarsprofiel door het Hoogbekken.
Figuur 5-7: Typische dwarsprofiel door het Laagbekken.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
22
Projectgerelateerd
5.3.4
Markering taluds in overzichtskaart
Figuur 5-8: Zone waarbinnen zich het talud bevindt. Voor het Hoogbekken is de breedte van het talud ca. 35 meter. Voor het Laagbekken is de breedte van het talud ca. 50 meter. De ongemarkeerde vlakken beslaan de relatief vlakke bodem.
5.4
Onderverdeling op basis van nabijheid waterkering
Aan de hand van de ligging van de primaire waterkeringen en daaraan gekoppelde beschermingszones (zie paragraaf 3.2) is een onderverdeling gemaakt in kritische en minder kritische zones. De indeling is weergegeven in Figuur 5-9.
Figuur 5-9: Onderverdeling op basis van nabijheid waterkering en aanwezige beschermingszones.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
23
Projectgerelateerd
5.5
Onderverdeling op basis van stroomsnelheid
De stroomsnelheid is voor verschillende condities berekend in zowel het Laagbekken als het Hoogbekken. Er is hiervoor gebruik gemaakt van de aangeleverde data van RWS [REF1]. In beide bekkens varieert het profiel, de waterstand en de afvoer. Dit zorgt ervoor dat de stroomsnelheid wisselend is onder verschillende condities. Voor beide locaties is nader in beeld gebracht wat de optredende stroomsnelheden zijn. Hiervoor zijn de uitgangspunten weergegeven in de volgende tabel.
Tabel 5-3: Waterstandsvariatie in het Hoog- en Laagbekken en de daarbij horende frequentie. Hieronder zijn de waarden weergegeven voor de situatie na renovatie (d.w.z. na 2024) [REF1].
Verticale beweging [m t.o.v. NAP]
Hoogbekken
Laagbekken
+0.75
-0.50
Reguliere omstandigheden
+0.50 <--> +1.00
-2.00 <--> +0.15
Ontwerp
+0.50 <--> +3.50
-2.00 <--> +0.75
+3.50 (ca. 1x per jaar)
+0.50 (ca. 1 x per 10 jaar)
Gemiddeld peil
Extreme omstandigheden
Tabel 5-4: Debieten tussen het Hoog- en Laagbekken en het sluiscomplex. Hieronder zijn de waarden weergegeven voor de situatie na renovatie (d.w.z. na 2024) [REF1].
Horizontale waterbeweging Maximale afvoercapaciteit [m3/s]
Hoogbekken
Laagbekken
40
320
Hoogbekken Het Hoogbekken kent een variërende geometrie. De breedte van het bekken is niet overal gelijk. Het maximale doorvoerdebiet is 40 m3/s en de waterstand varieert tussen de +0.5 m NAP en +1,00 m NAP. De waterstand bedraagt +3,50 m NAP in extreme omstandigheden. De maximale en minimale waterstand zijn weergegeven in Figuur 5-6. De stroomsnelheid is berekend voor de maximale en minimale waterstand en op 3 verschillende locaties/profielen (zie Figuur 5-2 & Figuur 5-6) die representatief zijn voor specifieke zones in het Hoogbekken. De resultaten zijn samengevat in Tabel 5-5. Tabel 5-5: Diepte gemiddelde stroomsnelheid in m/s voor de verschillende locaties en de verschillende waterstanden.
Maximaal debiet door het profiel [m3/s]
Locatie
Stroomsnelheid [m/s] bij verschillende waterstanden in het Hoogbekken +0,5 NAP
+3,50 NAP
Profiel 1 (320 m breed)
11,4
0,01
0,00
Profiel 2 (500 m breed)
27,6
0,01
0,01
Profiel 3 (150 m breed)
38,1
0,07
0,04
Laagbekken Het Laagbekken kent een variërende geometrie. De breedte van het bekken is niet overal gelijk. Het maximale doorvoerdebiet is 320 m3/s en de waterstand varieert tussen de -2.0 m NAP en +0,15 m NAP. De waterstand bedraagt +0,50 m NAP in extreme omstandigheden. De maximale en minimale waterstand zijn weergegeven in Figuur 5-7. De stroomsnelheid is berekend voor de maximale en minimale waterstand en op 4 verschillende locaties/profielen (zie Figuur 5-2 & Figuur 5-7) die representatief zijn voor specifieke zones in het Laagbekken. De resultaten zijn samengevat in Tabel 5-6.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
24
Projectgerelateerd
Tabel 5-6: Diepte gemiddelde stroomsnelheid in m/s voor de verschillende locaties en de verschillende waterstanden.
Locatie
Maximaal debiet door het profiel [m3/s]
Stroomsnelheid [m/s] bij verschillende waterstanden in het Laagbekken -2,0 NAP
+0,50 NAP
Oostelijke zone (350m breed)
97,4
0,08
0,05
Midden zone (340m breed)
180,9
0,24
0,12
Westelijke zone breed (490m breed)
257,4
0,16
0,09
Westelijke zone smal (200m breed)
313,0
0,87
0,44
Resultaten voor Hoog- en Laagbekken Een inschatting van de maximaal optredende stroomsnelheden in het Hoog- en Laagbekken is weergegeven in Figuur 5-10. De hoogste stroomsnelheden treden op bij de laagste waterstand. De snelheid waarmee rekening gehouden moet worden is dan ook de snelheid die optreedt bij de laagste waterstand. Deze snelheden treden op in een situatie waarbij het bekken (relatief) leeg is en water in- of uitstroomt. De snelheid varieert van 0,01 tot 0,07 m/s in het Hoogbekken en 0,08 tot 0,87 m/s in het Laagbekken. Hieruit blijkt dat de stroomsnelheid in het gehele Hoogbekken zo laag is, dat er geen erosie van de grond wordt verwacht (zie paragraaf 5.1). Met andere woorden, er zijn geen kritische zones. Dit betekent dat de stroming nooit zo groot wordt dat de doorstroming daardoor wordt bemoeilijkt of tot erosie zal leiden. Voor het Laagbekken geldt dat er alleen in de meest westelijke zone (zone nabij het in- en uitstroompunt naar de Krammersluis) stroomsnelheden optreden die de grens voor erosie (0,4 m/s) overschrijden. Dat betekent dat alleen deze zone in het Laagbekken aangemerkt moet worden als ‘kritische zone’. Dit verklaart tevens waarom er lokaal sedimentatie en erosie is opgetreden ten opzichte van de bouwtekening.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
25
Projectgerelateerd
Figuur 5-10: Stroomsnelheid per zone in het Hoog- en Laagbekken. Op basis hiervan is alleen de zone bij de inlaat van het Laagbekken als ‘kritisch’ te beschouwen, omdat dit de enige zone is waar stroomsnelheden ruim boven de 0,4 m/s kunnen komen. Alle overige zones zijn vanwege de lage stroomsnelheden ‘niet kritisch’. De stroomsnelheden blijven hier ruim onder de grens van 0,4 m/s.
5.6
Overzicht kritische zones
Het Hoog- en Laagbekken zijn op basis van de voorgaande onderverdelingen opgedeeld in 4 verschillende zones. De gehanteerde onderverdeling is als volgt: 1. Groen: plaatsing wordt haalbaar geacht zonder negatieve effecten op het functioneel gebruik en ecologische waarde; 2. Geel: plaatsing wordt haalbaar geacht, echter gelden beperkte voorwaarden. Er is sprake van één beperkende voorwaarde of één beperkend risico; 3. Oranje: plaatsing wordt haalbaar geacht, echter gelden uitgebreide voorwaarden. Er zijn twee beperkende voorwaarden of risico’s; 4. Rood: plaatsing wordt niet haalbaar geacht, omdat alle drie de voorwaarden of risico’s aanwezig zijn. De opdeling in zones is gebaseerd op de mogelijkheid dat de volgende risico’s voorkomen: 1. Het risico op ontgronding met daardoor verlies van de bodemintegriteit; 2. Het risico op een lage draagkracht van de ondergrond; 3. Het risico op beïnvloeding van de waterkerende functie van nabijgelegen waterkeringen; Deze risico’s worden hieronder nader toegelicht. Daarnaast is er vastgesteld dat verankering in de taluds wordt gezien als onwenselijk vanuit de uitvoering en vanuit ecologisch perspectief (Bijlage 6 & paragraaf 5.3). Deze zone wordt dus in het geheel vermeden. Tevens is er een lijst met uitgangspunten vanuit 15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
26
Projectgerelateerd
ecologisch perspectief opgesteld. Deze is bijgevoegd als Bijlage 6, maar weegt niet verder door op de beoordeling van waterveiligheid en de waterscheidende functie. Risico 1: Het risico op ontgronding is een combinatie van stroomsnelheden (paragraaf 5.5) met de bodemopbouw (paragraaf 5.1 en Hoofdstuk 4). Er is een risico aanwezig wanneer er op basis van deze combinatie morfologische activiteit verwacht wordt. Wanneer er morfologische activiteit verwacht wordt, wil dat niet direct zeggen dat verankering onmogelijk is, maar wel dat dit extra aandacht behoeft. Dit is nader uitgewerkt in hoofdstuk 7. Risico 2: De ondergrond heeft mogelijk een lagere draagkracht, wanneer er in de ondergrond klei- of veenpakketten van minimaal 1 á 2 meter dik voorkomen (paragraaf 5.2). Gezien klei en veenpakketten van een dergelijke omvang hier afwezig zijn, is er in deze bekkens geen risico op een lage draagkracht. Risico 3: Het risico op beïnvloeding van de waterkerende functie is gebaseerd op de nabijheid van een waterkering (zie paragraaf 5.4). In het geval dat er een waterkering nabij is wil dit niet direct zeggen dat verankering onmogelijk is, wel dat dit extra aandacht behoeft. Wanneer geen van deze risico’s voor lijkt te komen is de zone als ‘Groen (haalbaar)’ geclassificeerd. Wanneer één van de risico’s voor lijkt te komen is de zone ‘Geel (haalbaar onder beperkte voorwaarden)’.
Wanneer twee risico’s voorkomen is de zone ‘Oranje (haalbaar onder uitgebreide voorwaarden)’. De zonering is weergegeven op kaart (Figuur 5-11). De classificering ‘Rood (niet haalbaar)’ is toegekend wanneer er meer dan twee voorwaarden of risico’s zijn. In de figuren zijn de taluds in grijs weergegeven; vanuit de waterveiligheid, uitvoering en ecologie zijn deze locaties ongewenst. Per zone is in onderstaande tabel weergeven welke classificering er is toegekend en met welke argumentatie.
Figuur 5-11: Zonering op basis van haalbaarheid en risico’s wat betreft waterveiligheid en waterscheidende functie. In alle gevallen worden de taluds en de zone waarbinnen de bodem niet vlak is uitgesloten. Dit heeft zowel een ecologische reden als een uitvoeringsreden.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
27
Projectgerelateerd
-Tabel 5-7: Overzicht zonering en bijhorende redenering. In alle gevallen is de zone van het talud uitgesloten.
Mogelijke risico’s Zone
Classificatie
Ondergrond
H1
Haalbaar
H2
Stroomsnelheid
Kans op ontgronding
Verklaring Nabij Waterkering
Zand (medium) <0,10 m/s
Nee
Nee
Scoort laag op kans op ontgronding vanwege de lage snelheid en niet nabij waterkering, het risico is gering.
Haalbaar onder beperkte voorwaarden
Zand (medium) <0,30 m/s
Nee
Ja
Scoort laag op kans op ontgronding vanwege de lage snelheid, maar ligt wel in de beschermingszone van de waterkering. Het risico is gering.
L1
Haalbaar onder beperkte voorwaarden
Zand (fijn) <0,30 m/s Zand (medium)
Nee
Ja
Scoort laag op kans op ontgronding vanwege de lage snelheid, maar gehele bekken maakt deel uit van de beschermingszone van de waterkering.
L2
Haalbaar onder uitgebreide voorwaarden
Ja
Scoort hoog op kans op ontgronding vanwege de zandige bodem en hoge stroomsnelheid. Tevens resulteert hoge stroomsnelheid in een mogelijk grote trekkracht op de panelen en/of verankering. Gehele bekken maakt deel uit van de beschermingszone van de waterkering.
L3
Haalbaar onder uitgebreide voorwaarden
Ja
Oneffenheden in de bodem duiden op erosie en sedimentatieprocessen. Onregelmatige bodemhoogte bemoeilijkt verankering en geeft risico op lokaal erosie. Gehele bekken maakt deel uit van de beschermingszone van de waterkering.
15 oktober 2020
Zand (medium) +/- 0,90m/s
Zand (fijn) <0,30 m/s Zand (medium)
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
Ja
Ja
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
28
Projectgerelateerd
6
Inventarisatie drijf- en verankeringstechnieken
6.1
Overzicht drijftechnieken
De technologie van drijvende zonnepanelen verschilt per leverancier. Enkele bekende leveranciers zijn: 1. Ciel&Terre (Franse leverancier, marktleider) 2. Floating Solar (Nederlandse start-up) 3. Zimmermann’s ZimFloat (Duitse leverancier van zowel grondgebonden als drijvende onderconstructies) 4. Sungrow (Chinese partij) Grofweg kunnen er twee soorten drijftechnieken worden onderscheiden: • Panelen bevestigd op een drijvende ponton; • Panelen bevestigd op losse drijvers. Beide technieken zijn hieronder nader omschreven. Panelen bevestigd op een drijvend ponton De ponton bestaat uit een modulair systeem, waarbij afzonderlijke drijvende elementen in rijen aan elkaar zijn bevestigd, zie Figuur 6-1. Veelal zijn de elementen gemaakt van HDPE-kunststof. Op het drijvende systeem worden de zonnepanelen geplaatst. Deze zijn op dit moment standaard 1,6 m bij 1,0 m, behalve in het Zimmermann concept, waarin panelen van 2,0 m x 1,0 m gebruikt worden. Het wateroppervlak wordt vrijwel volledig afgedekt onder de panelen en drijvers. Leveranciers van dit systeem zijn bijvoorbeeld Sunpower en Ciel&Terre.
Figuur 6-1: Voorbeeld modulair systeem als ponton (bron: Ciel&Terre)
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
29
Projectgerelateerd
Panelen bevestigd op drijvers (boot systeem) Het systeem met panelen op drijvers bestaat veelal uit een draagconstructie van rvs balken met aan de uiteinden HDPE-drijvers (Figuur 6-2). In tegenstelling tot de ponton nemen de drijvers een relatief beperkt oppervlak in. Voorbeelden van leveranciers zijn Zimmerman, NRG Energia en 4C Solar Inc.
Figuur 6-2: Voorbeeld modulair systeem met drijvers van plastic en staal (bron: boven: www.nrgisland.com, onder: https://pvstahlbau.de/en/produkte/zim-float/)
6.2
Overzicht verankeringstechnieken
De drijvende zonnepanelen kunnen worden verankerd aan de bodem of aan het talud. Voor de verankering zijn de volgende technieken beschikbaar: • Ankerblokken; • Klapankers (ook wel plaatankers genoemd); • Schroefankers; • Palen; • Damwanden. De werking van damwanden is vergelijkbaar met palen. Aangezien damwanden veelal als ankerscherm in het talud worden geplaats wordt deze techniek hier niet nader beschouwd. Het koppelen van de zonnepanelen aan de bestaande damwanden rondom de windturbines wordt afgeraden. De trekkracht op de damwanden heeft een ongunstig effect op de stabiliteit en vervorming van de damwanden. De damwandconstructie is hier niet op ontworpen. Dit onderzoek richt zich op technieken die kunnen worden toegepast op de (vlakke) bodem van het kanaal en bekken.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
30
Projectgerelateerd
Ankerblokken De meest eenvoudige wijze van verankering is door middel van ankerblokken, zie Figuur 6-3. De ankerblokken worden op de bodem geplaatst en bieden weerstand door het eigen gewicht (verticaal) en wrijving met de ondergrond (horizontaal). De zonnepanelen worden met de ankers verbonden door middel van kabels. Door het voorspannen van de kabels kunnen fluctuaties van de waterstand worden opgenomen. De afmetingen en het aantal blokken is afhankelijk van de trekkracht op de kabels en de verdeling van de belasting. Een voorbeeld van ankerblokken is weergegeven in Figuur 6-3. Voor ankerblokken geldt dat ze invloed kunnen hebben op de morfologie als gevolg van mogelijk erosie van de grond door stroming langs de blokken. Toepassing wordt alleen mogelijk geacht bij lage stroomsnelheden en/of op een erosiebestendige ondergrond.
Figuur 6-3: Voorbeeld ankerblokken (links: bron https://www.eliteprecast.co.uk/ballast-blocks/sea-anchor-blocks/, rechts: bron https://www.straitstimes.com/singapore/sun-seeker-at-sea)
Klapankers Het principe van klapankers is als volgt (zie ook Figuur 6-4). Het anker wordt met de punt naar voren naar de juiste diepte getrild. Daarna wordt het anker gekanteld door het terugtrekken van de trekstang. Door de vorm van het anker kantelt hij dan vanzelf, zodat hij haaks op de trekstang komt te staan. Het bevestigingsoog steekt dan net boven de waterbodem uit. Aan het anker kunnen de (voorgespannen) kabels naar de drijvende zonnepanelen worden bevestigd, zie Figuur 6-5. Het anker haalt zijn kracht uit de grondspanning van de bovenliggende grondkolom. Daarbij gaat het niet alleen om de grond recht boven het anker, maar de kracht wordt, afhankelijk van de grondsamenstelling, afgedragen in een uitlopende kegel. De ankers kunnen in alle grondsoorten worden toegepast, waarbij gevarieerd kan worden met de grootte van het klapanker om voldoende weerstand te ontwikkelen. De stang van het klapanker heeft een zeer beperkte diameter en alleen het bevestigingsoog steekt over een korte lengte uit boven de waterbodem. Dit systeem heeft hierdoor een zeer geringe invloed op de stroming en morfologie. Een nadeel van dit systeem is dat de ankers permanent aanwezig blijven en daardoor obstakels kunnen vormen bij toekomstige werkzaamheden, zoals het verdiepen van het kanaal.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
31
Projectgerelateerd
Figuur 6-4: Voorbeeld mariene toepassing van klapankers (bron: JLD International, https://klapanker.nl/toepassingen/)
Figuur 6-5: Voorbeeld verankering middels verticale ankers onder de zonnepanelen (Groenleven, [REF9])
Schroefankers Schroefankers worden met nauwelijks trillingen (trillingsarm) aangebracht in de waterbodem. Diverse systemen zijn beschikbaar, waarbij de inbrengdiepte afhankelijk is van de draagkracht van de ondergrond. Over het algemeen geldt dat dit systeem niet geschikt is voor toepassing in een ondergrond bestaande uit klei- of veen. Wel kan een hoog (trek)draagvermogen worden ontleend aan zand. Op locaties met een deklaag van klei en veen zal het anker in het onderliggende zand dienen te worden verankerd. De stang van het schroefanker heeft een zeer beperkte diameter en steekt over een korte lengte uit boven de waterbodem. Dit systeem heeft hierdoor een zeer beperkte invloed op de stroming en morfologie. Palen De drijvende zonnepanelen kunnen ook worden verankerd aan palen, die in de waterbodem of in het talud worden aangebracht. Palen kunnen schroevend (dus trillingvrij) worden aangebracht om invloed op de omgeving (taludstabiliteit) te minimaliseren. De stijfheid van de palen en de lengte van de palen zijn bepalend voor de weerstand tegen de horizontale belasting vanuit de drijvende panelen. De optredende dwarskrachten en momenten in de palen dienen te worden weerstaan. Daarnaast mogen de palen beperkt vervormen.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
32
Projectgerelateerd
In vergelijking met andere verankeringssystemen hebben palen een groot horizontaal en verticaal draagvermogen, waardoor een relatief beperkt aantal palen nodig is. De hoogste weerstand wordt ontleend aan zandgrond. Bij een deklaag met klei- en veen zal de paallengte en paaldiameter groter moeten zijn. Door de relatief grote diameter van palen kan achter de paal een turbulente stroming ontstaan, waardoor erosie van de waterbodem kan optreden, zie Figuur 6-6.
Figuur 6-6: Voorbeeld erosie rondom een paal door waterstroming [REF8].
6.3
Indicatie belastingen
Om inzicht te krijgen in de belastingen op de verankering zijn indicatieve berekeningen uitgevoerd voor een drijvend platform met afmetingen 10 m x 20 m en met zowel ‘monopitch’ als ‘duopitch’ opstelling. De volgende belastingen zijn beschouwd: • Golfbelasting; • Windbelasting (conform Eurocode NEN-EN 1991-1-4+A1+C2/NB) ; • Trekbelasting door waterstandsfluctuatie. N.B. Belasting als gevolg van stroming is hier niet beschouwd. Hiervoor zou een uitgebreidere studie nodig zijn.
Figuur 6-7: windrichtingen en x,y,z-coördinatenstelsel ter bepaling van de belastingen
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
33
Projectgerelateerd
Figuur 6-8: situaties voor opwaartse trekbelasting door waterstandsverschil
In onderstaande tabel zijn de resulterende belastingen samengevat. Monopitch platform 10 m x 20 m
Windrichting
Belasting per kabel (6 stuks)
Totale belasting Fx [kN]
Fy [kN]
Fz [kN]
Fx [kN]
Fy [kN]
Fz [kN]
0°
-134
0
3391
-22
0
565
180°
-317
0
3391
-53
0
565
90°
-117
47
3203
-20
8
534
Duopitch platform 10 m x 20 m
Windrichting
Belasting per kabel (6 stuks)
Totale belasting Fx [kN]
Fy [kN]
Fz [kN]
Fx [kN]
Fy [kN]
Fz [kN]
0°
91
0
3346
15
0
558
180°
-91
0
3346
-15
0
558
90°
0
47
3393
0
8
566
Uit de berekeningen blijkt de opwaartse belasting door het waterstandsverschil resulteert in grote verticale trekkrachten (Fz) in de kabels. De belastingen door wind en golven zijn relatief gering. Ten opzichte van zonneparken in stilstaand water zullen dus meer kabels en verankeringspunten nodig zijn om deze belasting op te kunnen nemen. Afhankelijk van de houdkracht van een anker (400 à 700 kN) wordt verwacht dat 5 à 8 kabels en verankeringspunten per drijvend platform (hier beschouwd 10 m x 20 m) nodig zijn. Daarnaast blijkt dat een ‘duopitch’ opstelling resulteert in lagere horizontale belastingen (Fx en Fy) dan een ‘monopitch’ opstelling.
15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
34
Projectgerelateerd
7
Mogelijkheden verankering in kritische en niet-kritische zones
7.1
Algemeen
In dit hoofdstuk wordt gekeken naar de mogelijkheden van verankering van de drijvende zonnepanelen op de vlakke waterbodem in de verschillende zones van ‘haalbaarheid’, zoals vastgesteld in sectie 6.3. Hiervoor wordt gekeken naar de mogelijke beïnvloeding van de functies van het Hoog- en Laagbekken.
7.2
Beïnvloeding functies Hoog- en Laagbekken
Het Hoog- en Laagbekken hebben twee belangrijke functies, zoals vastgesteld in Hoofdstuk 3. Dit zijn de waterscheidende/nivellerende functie (scheiden zoet en zout water) en de waterkerende functie. Langs de noordrand van het Hoogbekken en langs de zuidrand van het Laagbekken loopt een waterkering (zie Hoofdstuk 3). De waterkerende functie mag niet worden beïnvloed door de installatie of gebruik van de verankering. Daarnaast geldt dat het doorstroomprofiel en spuicapaciteit ten behoeve van de waterscheidende functie niet negatief beïnvloed mogen worden door de verankering en de drijvende zonnepanelen. Echter, de afmetingen van de verankeringen (boven de waterbodem) zijn zeer gering ten opzichte van het doorstroomprofiel. Hierdoor wordt het doorstroomoppervlak nauwelijks beïnvloed. Daarnaast geldt dat de stroomsnelheid in de bekkens, met uitzondering van de inlaat bij het laagbekken (zie Figuur 5-10), dermate laag is dat geen erosie rond om de fundaties wordt verwacht. Er is geen risico op ontgronding. Effect van verankering op waterscheidende/waterafvoerende functie De voorgestelde verankeringstechnieken zitten grotendeels onder de bodem, met uitzondering van de fundering met ankerblokken. Verankering heeft daardoor niet of nauwelijks effect op de stroming.
De reden hiervoor is dat de blokafmetingen gering zijn in verhouding tot het doorstroomprofiel, waardoor het doorstroomoppervlak nauwelijks wordt beïnvloed. Wel is het mogelijk dat rondom de blokken de stroming lokaal wordt beïnvloed, waardoor er lokaal erosie (scour) kan optreden. Dit is alleen een risico rondom de inlaat naar de sluis in het Laagbekken, omdat de stroomsnelheid hier relatief hoog is (zie Figuur 5-10). Het is daarom niet aan te raden om in deze zone met blokankers te werken. Voor de overige verankeringstechnieken geldt dat de kans op ontgronding zeer klein is gezien het zeer kleine oppervlak dat boven de waterbodem uitkomt. Effect van losgeraakte elementen op waterscheidende/waterafvoerende functie De drijvende elementen en de zonnepanelen dienen te worden ontworpen op extreme condities (waterstroming, golven, waterstandsverschillen en neerslag), zie ook paragraaf 6.3. Hiermee wordt het risico op losraken van elementen geminimaliseerd. Indien dit toch optreedt tijdens extreme condities, dan zullen deze door de stroming meegevoerd kunnen worden. Het risico bestaat dat deze elementen zich in de richting van het sluizencomplex of de kering verplaatsen. Als dit nog niet aanwezig is, dan is een mogelijke beheersmaatregel het aanbrengen van een versterkte drijflijn die de grootste onderdelen kan tegenhouden.
Dit geldt met name voor het Laagbekken, omdat het Hoogbekken na renovatie grotendeels zijn functie verliest en de stroming in dat bekken dus ook gering zal zijn. Indien de gehele constructie van zijn plaats komt, kan dit enige schade kan aanrichten aan de waterkering. Dit zal waarschijnlijk geen bres veroorzaken, maar zal wel herstelmaatregelen vragen. Effecten van verankering op waterkerende functie Bij plaatsing van funderingen/verankeringen in het kanaal zou de waterkerende functie van de nabijgelegen kade negatief beïnvloed kunnen worden door: 15 oktober 2020
QUICKSCAN ZONNEPARK KRAMMERSLUIZEN
BH1126-RHD-01-AM-RP-GT-0001
35
Projectgerelateerd
•
•
Trillingen (grondversnellingen) en wateroverspanningen bij het heiend of trillend installeren van klapankers, palen of damwanden. Trillingen kunnen de taludstabiliteit negatief beïnvloeden. Het plaatsen van ankerblokken en schroefankers is trillingsvrij en heeft geen negatief effect. Ontgronding rondom een ankerblok. Indien ontgronding optreedt nabij de teen van het talud, kan de weerstand tegen afschuiven negatief worden beïnvloed. Bij een paalfundering kan eveneens erosie optreden. De aanwezigheid van de paal zal echter een grotere bijdrage aan de weerstand leveren (vernageling). Bij klap- en schroefankers zal geen ontgronding optreden.
Effecten van losrakende elementen op de waterkerende functie Het losraken van elementen van de drijvende zonnepanelen heeft naar verwachting een verwaarloosbaar effect op de waterkerende functie. Door de modulaire opbouw vormen de drijvers en de zonnepanelen een lichte en niet-stijve constructie. De kinetische energie bij impact van elementen met het talud/waterkering zal hierdoor gering zijn. Het grootste deel van de energie zal worden opgenomen door vervorming van de drijvende elementen. De schade aan de waterkering zal hierdoor zeer beperkt zijn en eenvoudig te herstellen. De schade zal van onvoldoende omvang zijn om de stabiliteit van de kering in het geding te brengen. Dit zal beoordeeld worden in de vergunningenprocedure.