Functioneren van de Krammersluizen

Inleiding

In het kader van een open Oosterschelde is de Philipsdam aangelegd, gelegen tussen St. Philipsland en de Grevelingendam. De Philipsdam vormt de scheiding tussen het zoete Zoommeer voor de zoetwaterhuishouding van West-Brabant en het Hollands Diep en het zoute zeewatergebied van de Oosterschelde, ter plaatse bekend als het Slaak en het Zijpe. Het Zoommeer en het Zijpe worden als term gehanteerd om een onderscheid te maken in welke zijde het betreft. Om de binnenscheepvaart van het getijdevrije zoete Zoommeer naar het niet getijdevrije zoute Slaak te laten varen zijn in de Philipsdam de Krammersluizen aangelegd. De sluizen bestaan uit twee duwvaartsluizen voor de beroepsvaart en twee jachtensluizen voor de recreatievaart. Er zijn voorzieningen getroffen om later een derde duwvaartsluis te bouwen als daaraan behoefte bestaat.

De sluizen kenmerken zich door het scheiden van het zoete van het zoute water naast het schutten van schepen. Het schutproces kent daarom naast een nivelleerfase ook een uitwisselfase. Daartoe zijn de duwvaartsluizen uitgerust met bekkens, schuivengebouwen en een gemaal.

De bediening van het duwvaartsluizencomplex geschiedt vanuit het centrale bedieningsgebouw dat tussen de beide kolken van de duwvaartsluizen is gelegen.

De scheepvaartcorridor betreft een hoofdtransportas en is geschikt voor vierbaksduwvaart voor de duwvaartsluizen.

Duwvaartsluizen

Het duwvaartsluizencomplex Krammersluizen bestaat uit twee naast elkaar gelegen schutkolken, elk met een doorvaarbreedte van 24 m en een lengte van 280 m. De drempeldiepte van de duwvaartsluizen bedraagt zowel aan de Zoommeer als de Zijpezijde NAP –6,25 m. Er zijn voorzieningen getroffen om later een derde duwvaartsluis te bouwen als daaraan behoefte bestaat. Op 2 februari 1987 zijn de duwvaartsluizen operationeel geworden, het zout-zoetscheidingssysteem op 1 augustus 1987.

Elk van de 2 duwvaartsluizen bestaat uit een gewapend betonnen bakprofiel met een 3 meter dikke vloer en een geperforeerde tussenvloer. In het midden van elke schutkolk monden tussen de vloeren aan- en afvoerriolen uit, die aansluiting geven op de 2 bufferbekkens (het hoog en laagbekken) en op de aangrenzende Oosterschelde (Slaak). De sluizen worden aan 3 zijden omgeven door het zoete water van het randmeer (Zoommeer - Volkerak).

Zoet-zoutscheidingssysteem

De sluizen van het complex liggen in het omarmend zoete water van het Zoommeer en zijn voorzien van een zout-zoetscheidingssysteem volgens het systeem Duinkerken. Elke sluiswand is daartoe voorzien van openingen die worden afgesloten met wandschuiven. Voor het kunnen laten functioneren van het zout-zoetscheidingssysteem is het duwvaartsluizencomplex tevens uitgerust met een eerder genoemd hoog en laag(zoutwater)bekken, en een verbinding met het Slaak. Het Slaak is een open verbinding met het Zijpe en onderhevig aan eb en vloed. In zowel het hoog-laagbekken en het Slaak zijn gemalen aanwezig die tijdens het schutten gebruikt worden. Voor het schutproces beschikt een sluiskolk over twee riolen die elk een natte doorsnede hebben van 4x5 m². Deze riolen verbinden de kolk, vanuit een ruimte onder de geperforeerde vloer van de kolk, via schuiven in het in- uit- of doorlaatwerk, met resp. het Hoogbekken, het Laagbekken of het Slaak.

Voor het zout-zoetscheidingssysteem is een tweetal bufferbekkens; het Hoogbekken en het Laagbekken (zie Figuur 1). De bekkens bevinden zich ten zuiden van het duwvaartsluizencomplex. Om de bekkens op peil te houden pompt een gemaal water vanuit het Laagbekken naar het Hoogbekken of naar het uitlaatwerk Slaak. Bovendien heeft het Hoogbekken een verlaagd dijkdeel op NAP+1,85 m waardoor automatisch vullen van dit bekken vanuit het Slaak, bij waterstanden hoger dan genoemd op het Slaak, mogelijk is.

Figuur 1: Weergave van het complex met het laag- hoogbekken en Slaak.

Het gemaal en in-, uit- en doorlaatwerken

Om de bekkens op peil te houden is er een gemaal dat via een eigen riolenstelsel van drie riolen water vanuit het Laagbekken pompt via het uitlaatwerk gemaal naar het Hoogbekken of via het uitlaatwerk gemaal naar het Slaak. In ieder uitlaatwerk bevinden zich drie elektromechanische bewegingswerken voor de drie rioolschuiven van het gemaal.

Het gemaal zelf is voorzien van drie verticale centrifugaalpompen die elektromechanisch worden aangedreven. Achter iedere pomp bevindt zich een elektro-hydraulische terugslagklep om te voorkomen dat water terugstroomt als de pompen zijn gestopt en de schuif in het uitlaatwerk sluit. Om pompenergie te besparen is elke aandrijving uitgerust met een voorziening die er voor zorgt dat een lagere pompsnelheid wordt ingesteld naar mate het verval over de pomp afneemt.

Zodra het niveauverschil tussen het Laagbekken en het Zoommeer kleiner wordt dan ongeveer 1 m wordt het gemaal gestart om water te pompen naar het Hoogbekken. Zo zal ook het gemaal worden gestart als het niveauverschil tussen het hoge bekken en het Zoommeer eveneens kleiner wordt dan 1 m. Als het niveauverschil tussen Hoogbekken en het Zoommeer voldoende groot is, zal worden gepompt naar het Slaak. Het Slaak ondervindt de beweging van het getijde op de Oosterschelde zodat het kan voor komen dat het niveauverschil tussen het Laagbekken en het Slaak bijzonder klein kan worden. De gemaalpomp zal onder die omstandigheden een groot debiet leveren dat voornamelijk zal worden begrensd door de rioolweerstand. Om pompenergie te besparen wordt het toerental van de pompmotor nu gereduceerd naar een lagere waarde overeenkomende met een kleiner acceptabel debiet waarbij de rioolweerstandsverliezen worden beperkt. De mate waarin het pompmotortoerental wordt teruggebracht heeft een nagenoeg lineaire relatie met het niveauverschil tussen het lage bekken en het Slaak.

De schuivengebouwen van deze waterwerken bevinden zich resp. nabij het Hoogbekken, het Laagbekken en het Slaak. In ieder schuivengebouw staan vier elektromechanische bewegingswerken opgesteld voor de vier rioolschuiven van de beide duwvaartsluizen. De schuiven dienen als afsluitmiddel van het riool om de waterstroom erin tussen de kolk en de bekkens of het Slaak te beheersen t.a.v. het debiet tijdens de nivelleer- en uitwisselfase.

Schutproces van Zoommeer naar Zijpe

Het terugwinnen van zoet water geschiedt door eerst de wandschuiven te laten zakken totdat de kruin zich in het zoete water bevindt. Vervolgens wordt het debietprogramma gestart dat er voor zorgt dat, afhankelijk van de grootte van het verval tussen kolk en Slaak, de schuiven in het doorlaatwerk of die van het inlaatwerk worden geopend om water onder in de kolk toe te laten. Het zoute water stroomt nu via de riolen en de geperforeerde vloer van de sluis in de sluiskolk waardoor het zoete water omhoog wordt gedrukt. Het zoete water stroomt nu terug over de kruin van de wandschuiven via de kolkwandriolen naar het Zoommeer. Zodra de grenslaag tussen zoet en zout water bijna de onderkant van het schip in de kolk heeft bereikt (ca. 3 m onder het kolkniveau) wordt het debiet afgebouwd en sluiten de wand- en rioolschuiven. De fase van het opwaarts uitwisselen is nu ten einde zodat de nivelleerfase kan aanvangen om het waterniveau in de kolk en dat van het Zijpe aan elkaar gelijk te maken. Hiervoor wordt een nieuw debietprogramma berekend. Afhankelijk van de grootte van het verval (> 1 m) tussen kolk en Slaak wordt gebruik maakt van het doorlaatwerk. Bij kleinere vervallen is dit het inlaatwerk als het Zijpeniveau hoger is dan het Zoommeer, of het uitlaatwerk als het Zijpeniveau lager is dan het Zoommeer. Als bijna gelijk water is bereikt tussen kolk en Zijpe wordt het debiet afgebouwd naar de waarde nul door het sluiten van de rioolschuiven waarmee de op- of neerwaarts nivelleerfase is beëindigd. De sluisdeur aan de Zijpezijde kan nu worden geopend.

Schutproces van Zijpe naar Zoommeer

Bij schutten van het Zijpe naar het Zoommeer wordt eerst, afhankelijk van de richting van het verval tussen Zijpe en Zoommeer, het kolkwaterniveau op- of neerwaarts genivelleerd naar dat van het Zoommeer. Vervolgens wordt zoet water teruggewonnen voor het Zoommeer door opwaarts uitwisselen via de wandschuifopeningen.

Na berekening van een debietprogramma wordt aanvankelijk, afhankelijk van de richting van het verval tussen Zijpe en Zoommeer op- of neerwaarts genivelleerd. Als het Zijpeniveau lager is dan het Zoommeer wordt gebruik gemaakt van de rioolschuiven van het inlaatwerk, als het Zijpeniveau hoger is dan het Zoommeer geschiedt het nivelleren met de schuiven van het uitlaatwerk. Tijdens het nivelleren stroomt er nu water in of uit de kolk, vanuit of naar resp. het Hoogbekken of het Laagbekken. Zodra het kolkniveau bijna gelijk is aan dat van het Zoommeer wordt het debiet afgebouwd naar de waarde nul, door de rioolschuiven te sluiten, waarmee de fase van het op- of neerwaarts nivelleren is beëindigd. Vervolgens openen de wandschuiven totdat zij zich met hun kruin in het water bevinden. Met een nieuw berekend debietprogramma wordt de neerwaartse uitwisselfase gestart. Zout water stroomt nu vanuit de kolk door de geperforeerde vloer van de sluis door de riolen via het uitlaatwerk naar het Laagbekken of bij voldoende verval (> 1 m) tussen kolk en Slaak wordt gebruik maakt van het doorlaatwerk. Gelijktijdig stroomt er nu zoet water via de kolkwandriolen over de wandschuiven de kolk in waarbij de kruin van de wandschuiven de grens tussen het zoete en het zoute water in de kolk volgt. Indien de grenslaag bijna de onderzijde van de geperforeerde vloer in de sluis heeft bereikt wordt het debiet afgebouwd naar de waarde nul door het sluiten van de rioolschuiven. De fase van het neerwaarts uitwisselen is nu beëindigd. De sluisdeur aan de Zoommeerzijde kan nu worden geopend. Het gehele schutproces is visueel weergegeven in de figuur 2.

Figuur 2: Werking van het zoet-zoutscheidingssysteem van de Krammersluizen, tijdens eb- en vloedfase.