HET SIGMAPLAN: BEVEILIGING VAN HET ZEESCHELDEBEKKEN TEGEN STORMVLOEDEN OP DE NOORDZEE Ir. E. CASTELEYN Hoofdingenieur-directeur van Bruggen en Wegen Ir. P. KERSTENS e.a. Ingenieur van Bruggen en Wegen - Hoofd van Dienst Ministerie van Openbare Werken - Dienst Zeeschelde
An impravement In protectlng the basln of the rlver Scheldt trom tlda/ floods.
cities and industries. Therefore a more suiting project has been elaborated: the Project Sigma. 1. Heigthening and reinforcing all dikes and other defence structures to the level : ( + 11,00) on the river Scheldt downstream Antwerp, ( + 8,35) upstream Antwerp to Hoboken, ( + 8,00) trom Hoboken to Schoonaarde and on all affluents, ( + 7,50) trom Schoonaarde to Ghent. 2. The construction of inundation tie/ds. 3. The erection of a barrier on the river Scheldt near Antwerp. A special/aw, dated 18.6.1979 enab/es the acquisition of the required land. The paper gives a turfher description of the works. Regarding dikes and inundation fields nearly 75% of the work has a/ready been done.
The river Scheldtand its aff/uents are sujected toa semi-diurnal tidal regime over a totallength of 240 km. At several occasions in the past, e.g. in 1953, 1976 and 1977, extreme high tides due to north west storms on the North Sea caused inundations by overflow or dike failures. Since 1977 a lot of work has been done to raise and strengthen all dikes, quay-walls and other defence structures. lt is a necessity to do so, tor an evolution in the tidal regime produces higher water-levels. The ca/cu/ations arebasedon a tide producing a water-level of ( + 9,05) at Antwerp, wich is 2 m more than the level of the existing quay-walls, and would require dikes at the level of ( + 11, 00), taken in account all factors ofsafety. Such a heigthening is not acceptable, tor the rivers would be cut off trom
Fig. 1 : Het scheldebekken
BATH
..............
• • • ..ar
-... ~
~
""
I(>("
x Kit
""
I(
S t MAR IE
Sch aa l
0
/
170
Water nr. 43 - november/december 1988
T.A.W. te Antwerpen , Op 15.11 .1977 met een waterpeil( + 7,24) T.A.W. te Antwerpen , Waterhoogten worden gegeven in meter ten opzichte van het vergel ijkingsvlak van de tweede algemene wate rpassing ( = T.A.W.). Het volgende overzicht geeft de gemiddelde waarden van hoogwater en laagwater te Antwerpen voor telkens een 10 jaarlijkse periode .
De Schelde, toegangsweg tot de haven van Antwerpen en ve le watergebonden industriële vestigingen, staat via de Westersehelde in open verbindi ng met de Noordzee. Daardoor laat zich de tijbeweging tot ver in het binnenland gevoelen , op de Schelde zelf tot in Gent en op de bijrivieren Durme, Rupel, Zenne, Dijle en de Neten (figuur 1). Langsheen deze waterwegen ontstonden eertijds op droge plaatsen bloeiende steden en gemeenten, mede omwille van de transportmogelijkheden te water, en kwam er agrarische bedrijvigheid op de vruchtbare valleigronden. Tegen de wisselende waterstanden der tijwerking en inzonderheid tegen de uitzonderlijke hoogwaters bij stormvloeden of grote bovenafvoer, heeft men zich doorheen de eeuwen gaandeweg beter beschermd door steeds meer en hogere dijken te bouwen. Ten behoeve van de landbouw werden door verdere bedijking alluviale gronden aan de winterbedding onttrokken. De natuur reageert evenwel tegen die menselijke ingrepen en bij meerdere zware stormtijen braken de dijken door met grote overstromi ngen, materiële schade en het verlies van mensenlevens tot gevolg. Zo kwame n in het recente verleden stormtijen voor: Op 01 .02. 1953 met een waterpeil ( + 7,77) T.A.W. te Antwe rpen , Op 03.01 .1 976 met een waterpei l ( + 7,31)
Periode
Gemiddeld H.W.
Gemiddeld L.W.
1888-1895 1891-1900 1901-1910 1911-1920 1921-1930 1931-1940 1941-1950 1951-1960 1961-1970 1971-1980
4,66 4,68 4,72 4,83 4,85 4,90 4,90 4,96 5,07 5,15
0,29 0,29 0,23 0,24 0,20 0,18 0,17 0,15 0,17 0,01
Hieruit blijkt duidelijk dat gedurende de voorbije eeuw de tij-amplitude met 0,77 mof 18% verg root is en dat het gemiddelde hoogwater te Antwerpen 0,49 m hoger geworden is. De oorzaak van deze evolutie is te zoeken in een samenspel van diverse faktoren, enerzijds van natuurlijke aard zoals de inkl inking van onze lage landen en de rijzing
van de midden zeestand, en anderzijds van menselijke ingrepen, zoals die voor het verbeteren van de scheepvaartwegen door uitvoeren van rechttrekkingen en verdiepingen en die voor de strijd tegen de zee en haar tijwerking zoals het afsluiten van de open zee-armen en het bedijken in nauwere bedding van de rivieren . De waterstanden worden sterk beïnvloed door de stand van zon en maan wat tweemaal per maand respektievelijk springtij en dode tij geeft, waarbij de gemiddelde hoogwaterstand bij springtij ongeveer 0,40 m hoger komt dan bij gemiddeld tij. Ook windrichting en windsterkte hebben invloed op de waterhoogten en voor de Schelde zij n het vooral de stormwinden uit het noordwesten, die in het estuarium een opstuwing van 1,50 m à 2 m kunnen geven. Bedenke men nu dat bij de eeuwwisseling de gemiddelde hoogwaterstand te Antwerpen ( + 4,68) à ( + 4,72) bedroeg en daartoe rekening houdende met verhoging bij springtij en opstuwing bij storm , de Scheldekaaien op ( + 7,00) werden gebouwd , wat toen toch een overhoogte van ca. 2 m betekende, en dat bij de recente stormvloeden zich waterstanden voordeden met peil hoger dan ( + 7,00). Na de stormvloed van 1.2.1953 diende dan ook reeds begonnen met de verbetering van dijken en waterkeringen. Na de stormvloed van 03.01 .1976 werd door de Ministerraad
Fig. 2: Overschrijdingslijn v/d hoogwaterstanden te Antwerpen.
5
m Tt:-. . ..1.
I
I ~
?
ro
9-10
I
8,5
7.5
2
3
4 5 6 7( 910 -'10
2
3
I
.567(90
....oo
2.
3
TE. RUGKEER PEH. I ODE
Water nr. 43 - november/december 1988
s
67<1~
0
...fOOO
171
Fig. 3
IMEETKUNDIGE PLAATS GEMIDDELD (iWO)
IA.W 11 m
HOOGWATERSTANDEN
01:0à)
~
10m
\ :;
~
)
-··-
- ·~~
-· -· -
Bm
DIJKHOOGTEN SIGMAPLAN STORMTU HW (+9,05) TE ANTWERPEN ......... STORMTIJ HW (+8,00) TE ANTWERPEN INGEDEUKTE STORMTU HW (+8,00) TE ANTWERPEN GEMIDDELD SPRING TU
---
~ I \ ~ ..
9m
i- -
~~--
Sm 4m
.
-·----
r--
·-
~· - · 56km k ESTERSCf ELDE
as ~
,._,;
as
~ !,(j
.._ ~
~
in oktober 1976 beslist een algemeen plan tot bescherming tegen overstromingen in het ganse Zeescheldebekken uit te voeren. Het werd 'Sigmaplan ' genoemd naar analo· gie met het Nederlandse 'Deltaplan' . De 'S' staat hier voor Schelde. Voor het Zeescheldebekken wordt dezelfde beveiligingsgraad nagestreefd als op de Westersehelde in het Deltaplan, wat bete· kent dat de maatgevende stormtij volgens de waarschijnlijkheidsberekening een kans op voorkomen heeft van 1/100 per 100 jaar, wat te Antwerpen een waterstand van ( + 9,05) zou geven (figuur 2). Rekening houdend met de evolutie in de tijwerking, met golfoploop en met dijkinklin· king , dienen veilige gronddijken een kruinhoogte ( + 11 ,00) te krijgen. Het is duidelijk dat een dergelijke verhogi ng van de waterkeringen niet haalbaar is. Zoals hoger gezegd is het kaaiplateau te Antwerpen gelegen op ( + 7,00). Ook in de opwaarts gelegen gebieden zijn er meerdere plaatsen zoals Rupelmonde , Temse, Dendermonde, Wetteren, Boom, Mechelen, Lier om maar de bijzondersta te noemen, waar de bestaande keringen en oevers hoog· stens de kota ( + 7,00) bereiken. Het is onmogelijk die met 4 m te verhogen. Het bebouwde land zou daardoor van de waterweg volledig worden afgesneden. Al· leen een stormvloedkering afwaarts Antwer· pen kan met de gewenste veiligheidsmarge zo'n tij keren. De bouw daarvan vormt een deel van het
172
,- - .-
··1- -
-
!--·-
-- -- r-·
~- ~ ··· Ct ,50
······· .. .... .:: ....... ~"·· -
·"
..... ........ ' ~
·--
i'-·--_
·-
·
~~---
-....
101 m 7f S( HELDE
as
~
Gj
V)~
ca
C)
c::::,
ç:;~~ ~ ~
~
-
·-
.. r----..
(+ 9,0( ~
I
....... .....
7m 6m
-
~
::so:~
as~ Gj
!7l~
V)
~~ ~ :"'( aJ~ ~ C)~ Q:: t-::
Sigmaplan, maar wordt in huidige bijdrage niet verder besproken. Rekening houdend met de plaatselijke toestanden werd het peil bepaald tot waarop waterkeringen kunnen worden verhoogd zonder dat een uitgesproken hinder voor het bestaande gebruik ontstaat. Kota ( + 8,00) (T.A.W.) is realistisch. Bij het Waterbouwkundig Laboratorium werd op een matematisch model, uitgaande van een maatgevende tij met hoogwater te Antwerpen ( + 8,00), de meetkundige plaats berekend van de hoogwaterstanden voor het ganse Zeescheldebekken. Statistisch heeft een waterstand ( + 8,00) te Antwerpen een terugkeerperiode van 300 jaar. Figuur 3 geeft die meetkundige plaats. Men bemerke dat er in de zone van Antwerpen tot St.-Amands praktisch geen reserve is met waterkeringen opgetrokken tot ( + 8,00). In· dien toch met een veiligheid van 0,50 m gerekend wordt, betekent dit dat slechts een tij met een hoogwaterstand te Antwerpen van + 7,50 m kan gekeerd worden. Deze heeft een terugkeerperiode van 50 jaar. Dit beantwoordt niet aan het gestelde objektief, zodat naar bijkomende maatregelen werd gezocht : de inrichting van laagliggen· de terreinen tot gekontroleerde overstromingsgebieden waarin overloop een indeuking geeft van de tijgolf in de rivier, plaatse· lijk en naar opwaarts. Daartoe werden in de valleien, vroegere winterbedding van de waterlopen, terreinen uitgezocht, vrij van bebouwing, met lage
t...J
~ c::s
t...J
~ ~
as ~ t-::
t...J
-..J
~ ~
~ ~
ligging , afdoende oppervlakte en voldoende dijklengte langsheen de rivier. Op het mate· matisch model werden berekeningen uitgevoerd omtrent het effekt van die overstroombare gebieden in verschillende hypetesen van overloopdijkniveau. Zo werden uiteindelijk volgende gebieden weerhouden. Langsheen de Zeeschelde : 1. Polder Kru ibeke • Bazel • Rupelmonde (591 ha) (nog aan te leggen). 2. Tielrodebroek (97 ha) (Temse). 3. Scheldebroek (32 ha) (Zele · Berlare). 4. Paardenweide (86 ha) (Wichelen · Berla· re) . 5. Bergenmeersen (42 ha) (Wichelen). Langsheen de Ru pel : 6. Bovenzanden (33 ha). Langsheen de Beneden-Nete: 7. Polder van Lier · Anderstadt (40 ha). Langsheen de Durme: 8. Bestaande vroeger aangelegde potpolders (212 ha). Op de Figuur 3 is de meetkundige plaats aangegeven van de ingedeukte hoogwaterstanden die alsdan bekomen worden , opnieuw uitgaande van een hoogwater ( + 8,00) te Antwerpen. Zo werd uiteindelijk het Sigmaplan inhoudelijk als volgt bepaald: 1. Verhoging en ve rzwaring van alle waterke ringen tot op niveau (zie Figuur 3) ( + 11,00) op de Zeeschelde afwaarts Costerweel (Antwerpen) ( + 8,35) op de Zeeschelde tussen
Wa ter nr. 43 · november/december 1988
Fig. 4: Typedwarsprotie/.
Costerweel en het veer Hoboken-Kruibeke. ( + 8,00) op de Zeeschelde vanaf het voornoemd veer tot aan de brug van Schoonaarde en verder langsheen Durme , Rupel , Zenne, Dijle, en de Neten. ( + 7,50) op de Zeeschelde vanaf de brug te Schoonaarde tot aan de stuw te Gentbrugge. 2. Aanleggen van de hogergenoemde gekontroleerde overstromingsgebieden. 3. Bouwen van een stormvloedkering op de Zeeschelde te Costerweel afwaarts Antwerpen . Voor het uitvoeren van het plan moet in gans het Scheldebekken 480 km waterkering worden verhoogd en verzwaard. Deze waterkeringen zijn niet uitsluitend dijken, maar omvatten ook kaaiplateaus en muurkonstruklies, deze laatste vooral in de agglomeraties. Bij het opstellen van de geografische planning der werken werd uitgegaan van de faktor bescherming. Zo werden in eerste instantie de waterkeringen langsheen woongebieden genomen. In tweede orde werden de dijken genomen met diepliggend uitgestrekt achterland, dit om er doorbraken met langdurige nazorgen te voorkomen . De vroeger bestaande eigendomstoestand van de dijken was zeer verschillend en verwarrend. Sommige gedeelten van de dijken waren staatseigendom, andere eigendom van de polderbesturen of gemeenten, en een groot deel was partikulier bezit. Voor de verzwaringswerken zijn bovendien bijkomende grondinnames nodig op aanpalende terreinen , die dan weer een andere eigenaar toebehoren. Normaliter zouden werken dan ook een omvangrijke en tijdrovende voorafgaande onteigeningsprocedure moeten doormaken. Om daaraan te verhelpen werd de Dijkenwet van 18.06.1979 uitgevaardigd. Deze legt op de kwestieuze gronden een erfdienstbaarheid, wat de Staat toelaat zonder voorafgaande onteigening de dijkwerken uitte voeren . Die onteigeningen gebeuren dan achteraf op basis
van een plaatsbeschrijving, die tevoren werd opgemaakt. De versterkingen aan de dijken worden , in doorsnede gezien (figuur 4), uitgevoerd volgens eenzelfde schema. Zo blijven de oude dijken, hoofdzakelijk bestaande uit gekompakteerde polderklei op gekonsolidearde ondergrond binnen het nieuwe dijklichaam behouden als kleikern. De verdere uitbouw ter verhoging en verbreding gebeurt in de regel aan de landzijde, met zand dat in grote mate betrokken wordt vanuit de rivier zelf, wat het onderhoud van de waterweg ten goede komt. Over die zandaanvul lingen komt er een afdeklaag in kleihoudende specie, meestal gewonnen ter plaatse in de dijkzateverbreding of uit de schorren. De nieuwe dijken krijgen een kru inbreedte van 7 m, gereduceerd tot 5 m in de meer opwaarts gelegen gebieden. Het riviertalud wordt aangelegd onder een helling van 12/4 en het landtalud krijgt een helling van 16/4, bij diepliggend achterland en 12/4 bij hogerliggend achterland. Op het riviertalud wordt een breuksteenbekleding (dikte 0,50 m) met onderliggend geotexliel aangebracht . De aanzet van die bekleding wordt t.h.v. de rivierbodem genomen of bij aanwezigheid van schorren rechtstreeks daarop, aangevuld ter stabilisatie met steenbestortingen op de schorre-oevers. Die bekleding wordt opgetrokken tot ca. 1,50 m à 2 m boven het GHW-peil. Afhankelijk van plaatselijk groter stromingen of golfoploop is het nodig de breuksteenbekleding ter bestendiging te penetreren met asfaltmastiek of gietbeton of wordt er open steenasfalt geplaatst. De dijkversterkingen gaan gepaard met belangrijke en vaakïngrijpende infrastruktuu rwerken. Zo wordt er op de kruin een verharde dienstweg aangelegd 3 à 3,50 m breed. Aan de landteen worden er veelal nieuwe ruime langsgrachten gegraven ter vervanging van gedempte en als opvang van doorsneden grachten. Zodoende wordt het dijkengebied meer ontsloten, waardoor ook het rekreatie! aspekt (wandelaars, fietsers) een opwaardering krijgt, en verbetert de aanleg van nieuwe
Fig. 5: Waterkerende muur van Antwerpen.
!~ ::,.
~ <~ri
GROE:.NZONC..
...!'
(
•·
'j
...
~,;
Water nr. 43 · november/december 1988
173
waterkering verder uit te bouwen om de watergebonden aktiviteiten verder te zetten. Dijken versterken brengt nog mee dat ook alle daarin aanwezige konstrukties openbaar of privaat, dienen te worden aangepast. Zo zijn er de uitwateringssluizen (figuur 6) op de mondingen van zijbeken, industriële lozingskonstru kties of watertappingen, scheepvaartsluizen, e.d. meer. Het zijn konstrukties, die plaatselijk een onderdeel of volwaardige schakel in de waterkering vormen. Zij worden verzwaard of herbouwd konform de grotere dijkbreedte en de hogere maatgevende tij. De afsluitm iddelen in uitwateringssluizen en lozingskonstrukties werden ontdubbeld : enerzijds de zelfwerkende en anderzijds, in serie geplaatst, de handbedienbare. Ter hoogte van de gekontroleerde overstromingsgebieden dienen volled ig nieuwe schikkingen te worden uitgewerkt. Omheen het gebied wordt te land een volwaardige nieuwe dijk gebouwd, de ringdijk , met afmetingen, kruinpeil en inrichtingen als hoger Foto 1 : Antwerpen, muur.
langsgrachten de plaatselijke waterhuishouding. De verbreding van de dijken vergt een belangrijke terreininname, wat niet overal mogelijk is, inzonderheid t.h .v. bestaande kaaien oevermuren, industriële vestigingen en watergebonden bedrijven. Ook daar dienen verhoogde waterkeringen te worden gebouwd , welke dan echter zo te ontwerpen zijn dat met de bestaande infrastruktuur maximaal wordt rekening gehouden, wat geïntegreerde of gekombineerde oplossingen vergt. Bij de geïntegreerde oplossingen worden bestaande keringen , werkelijke of feitelijke, versterkt en verhoogd. Dit gebeurt vaak met waterkerende muren in gewapend beton of stalen damplanken, met bovengronds beperkte afmetingen, soms met een verschoven inplanting t.o.v. het bestaande (figu ur 5). Onder gekombineerde waterkeringen worden de realisaties verstaan waarbij bestaande konstrukties worden vervangen door volledig nieuwe, gelijkaardige konstrukties, evenwel zwaarder en hoger en volledig waterkerend. De gelijkaardigheid in opvatting laat het betrokken bedrijf toe de Foto 2: Bouw van nieuwe dijken te Bornem.
Fig. 6: Uitwateringssluis.
174
Water nr. 43 · november/december 1988
beschreven , met uitzondering van een breuksteenbekleding, die niet vereist is wegens de slechts sporadische waterkeringsfunktie van in wezen stilstaand water. Die ringdijk verzekert de kontinuïteit in de algemene waterkering . De ringdijk doorsnijdt het bestaande waterafvoersysteem en polderwegennet, wat de aanleg meebrengt van nieuwe langsgrachten, afsluitbare afvoerduikers, wegverleggingen en overritten. De dijk langsheen de waterweg wordt ingericht als overloopdijk, waartoe op kru in en taluds een bekleding wordt aangebracht om aan overloop te kunnen weerstaan. Tevens krijgt het bestaande dijklichaam een verbreding om de stabiliteit te vergroten en de taluds onder flauwer hellingen te kunnen leggen. De riviertaludbekleding , evenals die van de kruinberm en de dienstwegenis zijn analoog van opvatting als bij gewone dijken. De kruinberm aan landzijde, het landtalud, en het achterstortbed, berm met daarin al dan niet een langsgracht, krijgen bekledingen in verhouding tot de te verwachten overstortaktie, wat variëren kan van een goed onderhouden grasmat, via gewapende grasmatten of zelfs de bekleding met betonnen doorgroeistenen, tot de uniforme bekleding met inerte materialen zoals bv. open steenasfalt In de overloopdijk worden afvoerssluizen gebouwd voor de gravitaire terugvoer in de rivier van overgestort water. Deze sluizen verzekeren tevens de afvoer der oppervlaktewateren uit de polder in normale omstandigheden. Men zal zich realiseren dat de uitbouw van 480 km dijken , met alle begeleidende werken en de kreatie daarbij van een grotere toegankelijkheid van dijk- en waterweggebieden, in het landschap een eenmalige grootse ingreep, is waarvan de weerslag zich op een omvangrijker zone laat gevoelen dan uitsluitend de dijkomschrijving. Vandaar dat bij het ontwerpen maximaal rekening wordt gehouden met de voorafgaandelijk uitgevoerde ekologische studies, evenwel zonder enige concessie aan de primerende bouwtechnische, hydraulische en instandhoudingseisen van de nieuwe waterkeringen . Belangrijke gevolgen van die ekologische studies zijn de zorg voor het maximaal behoud van waardevolle biotopen , oplossingen tot snellere integratie der nieuwe werken in het landschap zoals passende aanplantingen, de keuze van bepaalde materialen ter verbetering van een optisch goede aanpassing aan de omgeving en dan nadien het uitwerken van beheerstechnieken, die het goede onderhoud van dijken garanderen zowel als waterkering en als landschap. Het Sigmaplan is thans, uitgedrukt in dijklengte, voor ca. 75% gerealiseerd, wat reeds een investering vergde van 8 miljard frank . De nog uit te voeren dijkversterkingen situeren zich op de Zeeschelde in het opwaartse pand tussen Schoonaarde en Gent,
Water nr. 43 - november/december 1988
Foto 3: Gekontroleerd oversframingsgebied Tielrodebroek te Temse.
Foto 4 : Nieuwe dijken te Mariekerke.
enerzijds, en in het pand afwaarts Oosterweel (Antwerpen) anderzijds. Voor het overige zijn de werken voltooid of in uitvoering en blijven er nog enkele lokale knelpunten t.h.v. intens bebouwde oevers. De voorbije jaren zijn nog zware tijen voorgekomen met waterstanden boven peil ( + 7,00) o.a. op 2.2.1983 ( + 7,07) te Antwerpen en op 24. 11.1984 (+ 7,14) te Antwer-
pen , waarbij het verhe ugend is vast te stellen dat geen wateroverlast of schade zich voordeden, afgezien plaatselijk van gebruiksschade aan oeverbekledingen . ir. E. CASTELEYN ir. P. KERSTENS Ministerie van Openbare Werken Dienst Zeeschelde Stijfselrui 44, 2000 Antwerpen
175
