Het nautisch onderzoek door de jaren heen en zijn belang.

ir. Erik Laforce, senior expert

25 jaar nautisch onderzoek

2

Programma• In den beginne

• Ontwikkeling visie

• Instrument Simulator

• Instrument Sleeptank

• Westerschelde & Haven Antwerpen• Kanaal Gent-Terneuzen & Haven Gent• Haven Oostende• Haven Zeebrugge • Terugblik

In den beginne Waarom nautica op het WL??

4

In den beginne

• Was er iets…– Studies sluizen en binnenvaart sinds oprichting– Schepen in golven in Wielingendok

• Maar geen varen en manoeuvreren…• Scheepsimulatorstudies in Nederland, in 1984 voor

Westsluis Terneuzen.• Wensen in België zelf nautisch onderzoek uit te

voeren.

Ontwikkeling VisieHoe de nautisch problemen oplossen?

6

Ontwikkeling visie: MOW/AWZDOEL VERTALING N AAR HET

N AUTISCH ONDERZOEK

M OBILITEIT

Aandeel transport te w ater verhogen• b innenvaart toegankelijkheid sluizen• duwkonvooien• toelatingsbeleid

H AVENS

aanloopkosten verlagen• m inder baggeren,• m inder wachten (vaart en afm eerruim te)• sneller/vlotter m anoeuvreren

VEILIGHEID

calam iteiten verm ijden• grenzen veilige scheepvaart bepalen• ris ico door scheepvaart beperken• opleiding loodsen

VELE FUNCTIES • p leziervaart• im pact scheepvaart op oevers en bodem

7

Ontwikkeling visie: vaststellingen• De schepen worden steeds groter.• De vaarwegen / sluizen/ havens kunnen niet steeds

aangepast worden of verruimen en onderhouden worden onbetaalbaar.

• De consequenties zijn zeer groot.• De veiligheid moet gegarandeerd blijven.• Het vaarwater naar Vlaamse Havens is ondiep tot

zeer ondiep. • Manoeuvreergegevens in ondiep water ontbreken.• Manoeuvreren vergt ervaren loodsen

8

Ontwikkeling visie: vaststellingen

SCHIPmanoeuvreereigenschappen

diepgang,

Sleepboot

OMGEVINGvaarweg-stroming-wind-golven-andere schepen

OPDRACHT

REGELS

Mensobserveertvergelijktvoorspeltbeveelt

MAN-IN-THE-LOOP

Ideaal voor een scheepssimulator

9

Ontwikkeling visie: strategie1. Niche “varen in ondiep en beperkt water” vullen door

(fundamenteel) onderzoek op de sleeptank formuleren wetmatigheden gebruik van de krachtenformules in een scheepsmanoeuvreersimulator

2. Synergie sleeptank - simulator met cel hydraulica WL3. Synergie onderzoek en opleiding 4. Valideren van de metingen met “captive motion” op de

sleeptank met metingen van vrij varende scheepsmodellen en met metingen op echte schepen.

5. Modelleren van complexe interacties schip-omgeving met Computational Fluid Dynamics berekeningen (ooit real-time??)

6. Deze kennis bewaren/doorgeven kenniscentrum ondiep en beperkt water

10

Ontwikkeling : Stappenplan1. Verkenning noden (1986)2. Samenwerking UGent-scheepsbouwkunde

(1986) 3. Aankoop manoeuvreersimulator (1986-1989)4. Ontwikkelen en bouw eigen

manoeuvreersleeptank voor ondiep water (1987-1992)

Met dank aan ir. Frans Verbist

Scheepsmanoeuvreersimulator

Waterbouwkundig Laboratorium

12

Simulator : wat?

zichtbaar: scheepsbrug, radar, buitenbeeld, ECDIS, instrumenten, VHF

onzichtbaar: wiskundige modellen van schip en vaarwaterberekening krachtenbalans versnelling

snelheid positie & koersMan-in-the-loop:

belang van de illusie van het varen realisme van de brug, buitenbeeld….

13

De eerste simulator. • Beeldhoek 70°, 2 beelden/seconde• Eenvoudig buitenbeeld• Van 1989 tot 1995 in dienst

14

Voorbeeld vaarbaanplot

15

SIMULATOR:OPLEIDINGVoordelen

oefenen in nieuwe situatie/grotere schepen om de veiligheid te verhogengeen risico’sop korte tijd veel maneuvers <> werkelijkheidmeetbaar, geregistreerddoen, niet uitleggen (bekwaamheidsproeven)

KlantenHogere ZeevaartschoolLoodswezen: leerling-loodsen en bijscholingHavenloodsen CV BraboNederlands LoodswezenSleepbootkapiteins GHA…Rederijen

16

Simulator: vernieuwing

• Internationale aanbevelingenIMO : STWC (Standards of Training, Certification & Watchkeeping)IMSF (International Maritime Simulator Forum)

• Aanpassen van buitenbeeld en brugmeer realistische brugnieuw leslokaalBeeldhoek tot 225° horizontaal, 31 ° verticaal

17

SIM255 tussen 1995 en 2007

18

VOITH SIMULATOR• Request of Antwerp Port Authorities• Field measurements (DGPS)• Collaboration with Voith• Modelling Voith tug and propulsion• Modelling interaction of the 2 rotors• 2 typical new consoles for the bridge

19

Simulator 360+ (2004)

20

Simulator

21

SIM360+ Visuals

22

SIM225 vanaf 2007 (Voith simulatie)

23

Binnenvaartsimulator (2009)

• Samenwerking met Promotie Binnenvaart Vlaanderen vzw

• Opleiding binnenvaart bij Syntra Midden-Vlaanderen

• Ingehuldigd op 11 maart 2009

Manoeuvreersleeptank voor

ondiep waterSamenwerking

Waterbouwkundig Laboratorium – Universiteit Gent

25

Sleeptank

26

SLEEPTANK: afmetingen• Totale lengte 87.5 m• Nuttige lengte 67.0 m• Breedte 7.0 m• Maximum waterdiepte 0.5 m• Modellengte 3.5 - 4.5 m• Robot: 7 dagen op 7, 24 uur op 24 in dienst

27

“Fundamenteel onderzoek”

• Varen boven/in slib• Ondiep water : tot 10% kielspeling• Squat (inzinking en trim) door varen, manoeuvreren,

interactie, oevereffecten en door golven• Interactie met oevers• Interactie met andere schepen• Ontwikkelen van aangepaste modellen voor

maatgevende schepen

Cfr prof Vantorre

28

Nautische bodem (varen boven of in slib)36 maanden systematische proeven

29

Schip - schip interactie (2002):

30

Schip - schip interactie (2008) Lightering

31

Schip - sleepboot interactie (2009)

32

Oevereffecten (10.000 proeven)Surface piercing bank Submerged bank

0/4

20/4

12/4

32/4

20/4

32/4

33

Voorbeeld: onderzoek maatgevend schip• Ship U (S-klasse Maersk) : lengte 347 m• Bepalen ondiep water manoeuvreergedrag• Oevereffecten• Diepgang = 14.55, 13.5 & 12 m, • UKC = 100%, 35% & 10%

Onderzoeksprojecten

• Wetenschappelijke ondersteuning voor het toelatingsbeleid tot de Vlaamse Havens.• Ontwerp nieuwe infrastructuur en nieuwe manoeuvres• Veiligheid vaart met grotere schepen nagaan.

35

Westerschelde & Haven Antwerpen/1• Ertsschepen 250.000 dwt (gedeeltelijk geladen) voor

Delwaidedok & Berendrechtsluis (havenkant) (1989)• Doorsteek Amerikadok-Albertdok en Amerikadok-Vijfde

havendok(1989)• Noordzeeterminal : naderen, zwaaien, zwaaiplaatsen (1992)• Noordzeeterminal: aanmeren, botskrachten fenders (1993)• Ontwerp Deurganckdok (1996)• Bouwfase Deurganckdok(1997)• Waaslandhaven. Nautische evaluatie strategisch plan:

deskstudie Inbreiding/uitbreiding; simulaties Saeftinghedok (2003)

• Waaslandhaven. Simulatoronderzoek tweede sluis (2004- 2005)

• Invaren/verlaten van het Delwaidedok met 350 m lange containerschepen(2003)

36

Westerschelde & Haven Antwerpen/2

• Nautische toegankelijkheid van de S-klasse containerschepen van Maersk-Sealand (352m lang) (2003)

• Nautisch onderzoek Nauw van Bath (2004)• Nautische toegankelijkheid tot de Schelde voor Maersk K-klasse

containerschepen (2005)• Op en afvaartregeling containerschepen > 8000TEU bij ontwerp

diepgang 14,5m (2006-2008)• Onderzoek vrije ruimte om schepen.(2005)• Toegankelijkheid DGD bij aanwezigheid van een CDW(2005)• DGS 2e sluis Waaslandhaven, verfijning, grotere

schepen(2007)• DGS 2e sluis Waaslandhaven, containerschip 400 m (2008) • Berendrechtsluis en Delwaidedok: schepen 400 m x 56.4 m

(2008)• Dwarsstroom Zuidergat(2006-2008)

37

Noordzeeterminal

• ontwerp zwaaimanoeuvre• nazicht krachten bij afmeren

38

Deurganckdok (1996)

• Invaren, uitvaren al dan niet met zwaaimanoeuvre• eindfase, bouwfase 1, bouwfase 2• ontwerpschip in 1996 was 300 m x 40 m x 12.5 m (is nu al

voorbijgestreefd)• Alle loodsen hadden deze manoeuvres getraind voor de

opening van het dok

39

Current Deflecting Wall DGD (2005)

40

Delwaide dok containerschip 350 m (2003)

41

Toegankelijkheid MSC (2008)

• Toegankelijkheid van 400 m lang containerschip tot de containerterminal in Delwaide dok.

42

Nauw van Bath (2005)

• Nautisch onderzoek naar de invloed van afstand tot de boei– Oevereffecten– Stroom– Bochtstraal– Kielspeling

43

2de sluis Waaslandhaven (2005)

44

Op- en afvaart voor 8000 TEU en meer (2007) met gekoppelde simulatoren

45

Kanaal Gent-Terneuzen & Haven Gent• Ontwerp van de verbreding van het Rodenhuizedok (1990)• Ontwerp kluizendokken (1990)• Verbreding Rodenhuizedok revisited 1999 (kanaal 350 m)• Brugpassages voor roro bij mist (1993) • Risico-analyse maximale schepen van 265 m (1995)• Simulatorstudie, invaart autoschepen in Westsluis Terneuzen

(reductie sleepbootverplichtingen)(2001-2002)• Tijpoort Westsluis Terneuzen bij 12.5 m diepgang: verificatie

noodmanoeuvres(2007)• Maximale scheepsbreedte in de Westsluis (2007)• Tweede zeesluis binnen sluizencomplexTerneuzen (KGT2008)• Flexibel gebruik sleepboten - alternatief AK4 voor Pure Car

Carrier in Westsluis (2008)

Kanaal Gent Terneuzen

maximale lengte van panamax-bulkcarriers

B=32 m, T= 12.25 m, L= 256m L=265m

47

Kanaal Gent Terneuzen• 10 maanden

sleeptankonderzoek– scheepsmodellen 230, 245

en 265 m– Oevereffecten in

complexe vorm kanaal

• Opmaken wiskundige manoeuvreermodellen

• Fast-time vergelijkingen baanbreedte

• Real-time validatie schip en oevereffecten

• Lengte 265m toegelaten

48

Westsluis: autoschepen

49

Westsluis: flexibel sleepbootgebruik• Autoschepen: nu AK4 ponton en Europabak bij afvaart, AK4 bak bij

opvaart• Simulatoronderzoek toonde aan dat het flexibel inzetten van de (nu

reeds) vereiste sleepbootassistentie de pontons overbodig maakt.– Voorlopig uitzondering voor AK4-bak ter bescherming bemand

bedieningsgebouw bij opvaart.

50

Westsluis Terneuzen: max. breedte• Sluis 40 m breed (38m effectief) getest voor kamsarmax bulk

carriers (230 m lang, 37 m breed, 12.5 m diepgang)• Positief resultaat van simulatorproeven testen op kanaal

51

Haven Zeebrugge• FCT Zeebrugge (Cast)• Verticale scheepsbewegingen in de Scheurpas (kans op bodemraken)• OCHZ-terminal. Simulaties containervaart na verdieping tot 15 m.(2003)• Nautische bodem: sleeptankonderzoek manoeuvreergedrag en modellering

(300m) (2001-2004)• Nautische bodem: simulatoronderzoek varen boven en in slib: bepalen

criterium nautische bodem(2005)• Nautische bodem: homogeen wiskundig model (2007)• Nautische bodem: uitbreiding tot 8000 TEU, en recent zelfs 12000 TEU • Doorsteek Visartsluis, tijzone voor RoRo (2002)• Sterneneiland. Nautische impact • Simulatorstudie Q-flex LNG schepen te Zeebrugge (2006)• Simulatorstudie Maersk-PS klasse schepen van 400 m (NB)(2007)• Verbreding Pas van het Zand verruiming aan scheur-zand (2006-2007)• Implementatie probabilistisch toelatingsbeleid (ProToel=UKC tool voor ZB)

52

Zeebrugge: Probabilistisch toelatingsbeleid

• 5 scheepsmodellen beproefd in sleeptank met golven:– 3 containers– 2 bulkcarriers

• meting van bewegingen:– inzinking– trim– Slingerhoek

• Ijken van berekeningen voor scheepsbewegingen in golven

• Voorspellen van tijvensters

53

Simulatorstudie nautische bodem300m, 350m en 400 m langeContainerschepen werden getest boven/in slib

54

Tijzone via doorsteek VisartsluisVloedstroom: 1h05 voor HW opvaart

1

1

1

3 4

5

Zeebrugge Visartsluis

55

Zeebrugge LNG

• Qflex 350mx50mx12m• Regime LNG tankers (4+1

sleepboot)• Evaluatie benodigde

sleepboothulp ifv wind

56

Haven Oostende

• Toegankelijkheid huidige situatie (1998)• Onderzoek nieuwe havenmond (2000)• Onderzoek nieuwe havenmond bouwfase 1 (2001)• Haven van Oostende. Simulatorstudie vaargeul 143°

(2005)• Derde aanlegplaats Zeewezendok (Wandelaarskaai).• Training Ferrykapiteins

57

OOSTENDE bouwfase 1

58

Oostende Wandelaarskaai

Terugblik

60

Terugblik • In kleine stappen zijn de afmetingen van de toegelaten schepen

telkens opnieuw toegenomen, gebaseerd op ons wetenschappelijk onderbouwd onderzoek.

• De simulator en sleeptank hebben reeds grote besparingen op investeringen opgeleverd en ook besparingen op sleepboothulp en baggerinspanning.

• De combinatie van sleeptank, cel hydraulica en het simulatorteam met de assistentie van loodsen en sleepbootkapiteins liet realistische simulaties toe.

• De expertise van het kenniscentrum ”varen in ondiep en beperkt water” is van internationaal niveau.

• Binnenvaart werd wat verwaarloosd tot hier toe…

61

Heeft U nog vragen ??

Panama

1. Bepalen van het tracé van Balboa naar de nieuwe sluizen

2. Meten van krachten en squat bij invaren nieuwe sluizen

63

Panama: invaren sluizen 1

Scale 1/80

64

Panama: invaren sluizen 2

65

Panama: invaren sluizen 3

66

Panama: invaren sluizen 4- densiteitstromen

From 9 to 36 minutes after start

67

Minimale sleepbootassistentie Hellegat

• Voor schepen L>120m, B>17m, T>7m: nu 2 sleepboten verplicht

• Probleem: tekort of te sterke sleepboten

• Testen inzetten boegschroef en sleepboten van 8 en 12 tonf BP

• Aanbevelingen sleepbootgebruik ifv wind

68

M494 Sluis Wintam