Hydraulisch onderzoek naar breekbalken voor sluizen met nivelleeropeningen in de deuren: eindrapport

Voor binnenvaartsluizen met beperkt verval worden in Vlaanderen momenteel vaak punt- of draaideuren toegepast met openingen in de deuren als nivelleersysteem. In Nederlandse literatuur wordt aanbevolen om voor een dergelijk nivelleersysteem breekbalken toe te passen. Wegens de beperkte ervaring in Vlaanderen met breekbalken heeft het Waterbouwkundig Laboratorium in 2014 een onderzoekstraject opgestart. Het onderzoekstraject is gespreid uitgevoerd geweest over een aantal deelprojecten, thesis onderzoeken, stages en ontwerpstudies voor nieuwe sluizen. Dit rapport betreft het eindrapport van dit onderzoekstraject en bundelt de inzichten uit de verschillende deelprojecten.
In het onderzoekstraject is getracht om de kennis met betrekking tot breekbalken geleidelijk op te bouwen. Hierdoor is de complexiteit initieel beperkt tot een sluisdeur die loodrecht staat op de kolkwanden, waarbij een straal uit één opening een lege sluiskolk (zonder schepen in de kolk) binnentreedt. Voor deze geometrie is een specifiek schaalmodel gebouwd om de stroming in de sluiskolk ten gevolge van breekbalken te onderzoeken. Het grootste deel van het onderzoekstraject bestond uit het uitvoeren van proeven op dit schaalmodel. Daarnaast zijn ook een beperkt aantal CFD-simulaties uitgevoerd.
In het schaalmodel werden in totaal drie verschillende geometrieën voor de inlaatopening beproefd. Deze geometrieën zijn representatief voor een kolk met breedte 12.5 m en cirkelvormige openingen in de deur, een kolk met breedte 12.5 m en rechthoekige openingen in de deur en een conceptontwerp voor een kolk met breedte 10.5 m of 16.0 m met rechthoekige openingen in de deur. Voor elk van deze geometrieën werden een aantal configuraties van verticaal geplaatste breekbalken beproefd. De configuraties verschillen in aantal breekbalken, breedte breekbalken, tussenafstand van de breekbalken en locatie van de breekbalken.
Uit het onderzoek volgt vooreerst dat de invloed van breekbalken op het debiet door de openingen in de deur zeer beperkt is. Breekbalken zorgen wel voor een aanzienlijke reductie van de stroomsnelheid in de kolk na uitstroming over een afstand van 6 à 10 keer de oppervlak equivalente diameter van de opening en reduceren de waterspiegelinzinking boven de jet. Door de verlaging van de stroomsnelheid zal de kracht op de verschutte schepen in de kolk afnemen waardoor de openingen sneller geopend kunnen worden. Hierdoor zorgen breekbalken voor een reductie van de nivelleertijd. Uit het onderzoek volgt ook dat het toevoegen van een geleidingsbuis in de deurkamer en het richten van de stroming volgens de kolkas geen beduidende hydraulische meerwaarde heeft.