Wetenschap

Deinen op onzichtbare golven

Kilometers lange onzichtbare golven teisteren wereldwijd zeehavens aan de grote oceanen. Een Delftse promovendus maakte de klotsende havens inzichtelijk met een rekenmodel.

Als de wind uit het zuidoosten komt is het oppassen geblazen in de haven van Tomakomai in het noorden van Japan. De vuistdikke aanlegtrossen, waarmee oceaanstomers aangemeerd liggen, kunnen dan knappen als nylondraadjes.

“Het moet een heel raar gezicht zijn”, zegt promovendus ir. Wim van der Molen van Civiele Techniek en Geowetenschappen. “Je ziet geen golven en toch bewegen sommige aangemeerde schepen zo’n zes meter naar voren en naar achteren.”

Van der Molen ontwierp samen met onderzoekers van WL/Delft Hydraulics een rekenmodel om – in waterbouwkundig jargon . ‘de resonantie van lange golven’ in havens te voorspellen. Dit fenomeen leidt tot een golfslag die laden en lossen onmogelijk maakt. Over drie weken promoveert hij op zijn bevindingen.

“Kilometers lange golven van soms maar een halve meter hoog teisteren vrijwel alle onbeschutte havens aan de Atlantische, Indische en Stille Oceaan”, vertelt de promovendus. “Ze worden honderden mijlen zeewaarts aangewakkerd door cyclonen en tyfonen.”

Net zoals de lage drums van technomuziek zich een weg banen langs pilaren en muren en zo de dansvloer tot in de verste uithoekjes vullen, precies zo weten deze zeegolven de golfkeringen te passeren en de haven binnen te dringen.

Gelukkig is er meestal niet veel aan de hand wanneer een reuzengolf een haven binnenkomt. “Het bassin verandert over het algemeen in een klotsbak met allerlei kleine golfjes die elkaar uitdoven of elkaar plots weer een beetje versterken op onverwachte plekken”, zegt Van der Molen. “De schepen kunnen dan ongehinderd blijven lossen en laden.”

Maar het is een heel ander verhaal als de golf toevallig exact dezelfde lengte heeft als de haven. Er ontstaat dan een patroon van golven met op vaste plekken pieken en dalen. Van der Molen: “Wanneer een schip tussen twee van deze deiningen in ligt, wordt het voortdurend naar voren en achteren geslingerd.”
Aanleggen

Dit blijkt ook uit ervaringen van zeevaarders en dokwerkers in de Japanse haven Tomakomai. Deze haven, die qua grootte vergelijkbaar is met die van Vlissingen, heeft veel last van lange golven. De Delftse onderzoeker controleerde zijn model aan de hand van gemeten deiningen en scheepsbewegingen in die haven.

“Met het model kunnen we voorspellen hoe het golfpatroon er uit komt te zien bij gegeven golflengtes, -richtingen en .hoogtes”, legt de civiel ingenieur uit. “De meeste havens kampen namelijk met een standaard aantal golfvariaties uit zee. Aan de hand van het golfpatroon dat uit het model rolt, kan de havenontwerper bepalen waar schepen het beste kunnen aanleggen.”

Mocht dat niet genoeg zijn om de schade te beperken, dan kan eventueel ook nog de lengte van het bassin worden aangepast door de golfkeringen langer of korter te maken. Dit kan resonantie namelijk voorkomen. “Maar het kost wel miljoenen euro’s”, benadrukt Van der Molen.

Volgens Van der Molen hebben container- en oliebedrijven wel oren naar de expertise die hij en zijn collega’s hebben opgebouwd. “Bedrijven als Shell bouwen nieuwe havens voor lng (vloeibaar gemaakt aardgas) langs de gasrijke westkusten van Afrika en Zuid Amerika. Deze havens liggen meestal niet in beschutte baaien en zijn dus erg gevoelig voor de golven. Zeker bij een lng-schip wil je voorkomen dat het tegen de kade beukt. Het is explosief spul wat ze aan boord hebben. Maar ook het laden en lossen van containers door grote kranen is nauwkeurig werk dat erg gevoelig is voor bewegingen van het schip.”

De ingenieur schat dat de bedrijven nu ongeveer 5 procent van de tijd hun havenwerkzaamheden staken vanwege de deining. “In ongeveer de helft van de gevallen komt dit door stormen”, zegt hij. “Daar is niets aan te doen. De schepen gaan dan meestal de haven uit omdat het op open zee veiliger voor ze is. Maar in de rest van de gevallen kun je door het slim kiezen van aanlegplaatsen en het maken van optimale golfbrekers veel winst boeken.”

Containerschip in de haven van Singapore. (Foto: Marine Port Authorities Singapore)

Als de wind uit het zuidoosten komt is het oppassen geblazen in de haven van Tomakomai in het noorden van Japan. De vuistdikke aanlegtrossen, waarmee oceaanstomers aangemeerd liggen, kunnen dan knappen als nylondraadjes.

“Het moet een heel raar gezicht zijn”, zegt promovendus ir. Wim van der Molen van Civiele Techniek en Geowetenschappen. “Je ziet geen golven en toch bewegen sommige aangemeerde schepen zo’n zes meter naar voren en naar achteren.”

Van der Molen ontwierp samen met onderzoekers van WL/Delft Hydraulics een rekenmodel om – in waterbouwkundig jargon . ‘de resonantie van lange golven’ in havens te voorspellen. Dit fenomeen leidt tot een golfslag die laden en lossen onmogelijk maakt. Over drie weken promoveert hij op zijn bevindingen.

“Kilometers lange golven van soms maar een halve meter hoog teisteren vrijwel alle onbeschutte havens aan de Atlantische, Indische en Stille Oceaan”, vertelt de promovendus. “Ze worden honderden mijlen zeewaarts aangewakkerd door cyclonen en tyfonen.”

Net zoals de lage drums van technomuziek zich een weg banen langs pilaren en muren en zo de dansvloer tot in de verste uithoekjes vullen, precies zo weten deze zeegolven de golfkeringen te passeren en de haven binnen te dringen.

Gelukkig is er meestal niet veel aan de hand wanneer een reuzengolf een haven binnenkomt. “Het bassin verandert over het algemeen in een klotsbak met allerlei kleine golfjes die elkaar uitdoven of elkaar plots weer een beetje versterken op onverwachte plekken”, zegt Van der Molen. “De schepen kunnen dan ongehinderd blijven lossen en laden.”

Maar het is een heel ander verhaal als de golf toevallig exact dezelfde lengte heeft als de haven. Er ontstaat dan een patroon van golven met op vaste plekken pieken en dalen. Van der Molen: “Wanneer een schip tussen twee van deze deiningen in ligt, wordt het voortdurend naar voren en achteren geslingerd.”
Aanleggen

Dit blijkt ook uit ervaringen van zeevaarders en dokwerkers in de Japanse haven Tomakomai. Deze haven, die qua grootte vergelijkbaar is met die van Vlissingen, heeft veel last van lange golven. De Delftse onderzoeker controleerde zijn model aan de hand van gemeten deiningen en scheepsbewegingen in die haven.

“Met het model kunnen we voorspellen hoe het golfpatroon er uit komt te zien bij gegeven golflengtes, -richtingen en .hoogtes”, legt de civiel ingenieur uit. “De meeste havens kampen namelijk met een standaard aantal golfvariaties uit zee. Aan de hand van het golfpatroon dat uit het model rolt, kan de havenontwerper bepalen waar schepen het beste kunnen aanleggen.”

Mocht dat niet genoeg zijn om de schade te beperken, dan kan eventueel ook nog de lengte van het bassin worden aangepast door de golfkeringen langer of korter te maken. Dit kan resonantie namelijk voorkomen. “Maar het kost wel miljoenen euro’s”, benadrukt Van der Molen.

Volgens Van der Molen hebben container- en oliebedrijven wel oren naar de expertise die hij en zijn collega’s hebben opgebouwd. “Bedrijven als Shell bouwen nieuwe havens voor lng (vloeibaar gemaakt aardgas) langs de gasrijke westkusten van Afrika en Zuid Amerika. Deze havens liggen meestal niet in beschutte baaien en zijn dus erg gevoelig voor de golven. Zeker bij een lng-schip wil je voorkomen dat het tegen de kade beukt. Het is explosief spul wat ze aan boord hebben. Maar ook het laden en lossen van containers door grote kranen is nauwkeurig werk dat erg gevoelig is voor bewegingen van het schip.”

De ingenieur schat dat de bedrijven nu ongeveer 5 procent van de tijd hun havenwerkzaamheden staken vanwege de deining. “In ongeveer de helft van de gevallen komt dit door stormen”, zegt hij. “Daar is niets aan te doen. De schepen gaan dan meestal de haven uit omdat het op open zee veiliger voor ze is. Maar in de rest van de gevallen kun je door het slim kiezen van aanlegplaatsen en het maken van optimale golfbrekers veel winst boeken.”

Containerschip in de haven van Singapore. (Foto: Marine Port Authorities Singapore)

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.