Satellietbeeld van 8 februari 2004. Een depressie boven Zuid-Zweden veroorzaakt boven de Noordzee een noordwesterstorm.

Het getij
Het belangrijkst voor de waterstanden in de Noordzee ter hoogte van de Oosterschelde is uiteraard het getij. Problemen met het niveau van de zeespiegel doen zich gewoonlijk hoofdzakelijk voor bij hoogwater. Daarbij is het ene hoogwater niet hetzelfde als het andere; de hoogste astronomische standen komen voor met springtij. Het springtij treedt op 2 ¼ dag na volle maan of nieuwe maan. De uitdrukking astronomische stand duidt niet op de hoogte, maar op het feit dat uitsluitend invloed van de maan en de zon zijn meegenomen voor de waterstand op de locatie waarvoor de berekeningen gelden. De astronomische standen zijn vooraf te berekenen uit in het verleden opgetreden waterstanden en verschijnen jaarlijks in publicaties als getijtafels en op het internet. De opgegeven standen zijn nooit zo hoog dat de kering dicht moet. Alleen als de weersomstandigheden aanleiding geven tot een verhoging van de waterstanden, kan het sluitpeil van 3 meter boven NAP, gemeten aan de buitenzijde van de kering, worden bereikt. Zowel voor een hoogwater op 21 december 2003 als voor een hoogwater op 8 februari j.l. werd een dergelijke stand voorspeld.

De wind De bij de Oosterschelde gemeten waterstanden tijdens hoog- en laagwater komen zelden overeen met de getallen uit de getijtafels. Het verschil tussen de beide standen noemt men de opzet; deze wordt veroorzaakt door de weersomstandigheden. De wind speelt bij het genereren van de opzet de belangrijkste rol; hij oefent een meeslepende kracht uit op het water, de schuifspanning. Als het waait, gaat het wateroppervlak daardoor scheef staan. De hellingen die optreden, zijn klein, maar toch worden de effecten duidelijk merkbaar. Dat komt door de grote afstanden waar het om gaat. Zo levert een zware noordwesterstorm boven de Noordzee een helling op van 1:300.000; bij een afstand van 900 km komt dat overeen met een opzet van 3 meter! De opzet is evenredig met het kwadraat van de windsnelheid; daardoor is de opzet bij een wind van 25 m/s (windkracht 10) tweemaal zo groot als bij 18 m/s (windkracht 8). Verder is de opzet omgekeerd evenredig met de waterdiepte; om die reden is een storm boven het relatief diepe, noordelijk deel van de Noordzee ter hoogte van Schotland minder effectief en dus minder gevaarlijk dan een storm boven het ondiepere water voor de Engelse oostkust of vlak voor onze eigen kust. Ook de dichtheid van de lucht speelt een, zij het bescheiden rol. Zware lucht (koud en/of hoge luchtdruk) heeft meer 'grip' op het water dan lichte lucht (warm en/of lage luchtdruk) en geeft daardoor grotere opzetten. Om bovengenoemde redenen is vooral de wind op de westelijke helft van de Noordzee belangrijk, en dan met name het gedeelte tussen de Engels-Schotse grens en het Nauw van Calais. Bij noordwesterstorm, een weersituatie waarbij zich gewoonlijk significante opzetten voordoen, draagt de wind boven dat zeegebied voor meer dan driekwart bij aan de totale opzet voor de Oosterschelde. Situaties met significante opzetten deden zich zowel voor op 21 december 2003 als op 8 februari 2004. Op 8 februari gaf een depressie boven Zuid-Zweden aanleiding tot een noordwesterstorm boven de Noordzee, en vooral boven het gebied dat voor het genereren van opzet het belangrijkst is (zie weerkaart en satellietbeeld). De Oosterscheldekering ging dicht, de kaden in Antwerpen liepen onder en het water in de haven het dorpje Lillo aan de Schelde, midden in het Antwerpse havengebied, stond ongebruikelijk hoog (zie foto's).

Luchtdrukpatroon en windsnelheid boven de Noordzee, 8 februari 2004, 12 UTC. Boven Denemarken is de luchtdruk het laagst, minder dan 994 hectopascal (hPa), bij Ierland het hoogst, meer dan 1031 hPa. Op de Noordzee woedt een zware noordwesterstorm, die de waterstand voor de Oosterscheldekering tot tegen het sluitingspeil doet oplopen. De isobaren zijn getekend om de hPa. De kleuren geel, oranje, rood en paars duiden op respectievelijk een harde wind, windkracht 7, een stormachtige wind, windkracht 8, een storm, windkracht 9 en een zware storm, windkracht 10. Bron: KNMI.

Overige factoren De wind is weliswaar de belangrijkste, maar niet de enige weerfactor die uiteindelijk bepaalt welke waterstand precies wordt bereikt (lit 1). Zo is de luchtdruk eveneens van invloed. Bij lage druk wordt het zeeoppervlak namelijk als het ware iets naar boven gezogen; bij elke hectopascal of millibar minder komt het water 1 cm hoger. De luchtdrukfactor speelde op de genoemde dagen echter nauwelijks een rol. Datzelfde geldt voor de zogeheten allogene opzet (engels: external surge), die opgewekt wordt bij zuidwestenwinden boven het zeegebied ten westen van Schotland en zich vervolgens als een opzetgolf door de Noordzee voortplant. Op de weerkaart is te zien dat er op 8 februari geen sprake was van zuidwestenwinden in het aangegeven zeegebied; hetzelfde gold op 21 december. Het effect deed zich dan ook die beide keren niet voor. Front- of en trogpassages geven soms eveneens aanleiding tot een extra verhoging van de waterstanden langs de kust. Vooral als de verplaatsingssnelheid van het weersysteem overeenkomt met de voortplantingssnelheid van een 'opzetgolf' kan het effect aanzienlijk zijn, maar ook nu weer geldt dat dit in de beide hier besproken gevallen geen rol speelde. Als er meerdere depressies achter elkaar over de Noordzee trekken, ontstaat er soms een slingerbeweging, die ook aanleiding kan geven tot een extra afwijking van de astronomische stand. Dit effect is echter vrij zeldzaam in stormvloedsituaties.

De haven van Lillo aan de Schelde op 8 februari 2004. Foto: Maaike Floor/Gazet van Antwerpen.

Wisselstrategie
De Oosterscheldekering sluit automatisch bij een stand van +3 m. boven NAP. Op het eerste gezicht lijken weersverwachtingen dan ook niet nodig. Toch beschouwt men een volledig geautomatiseerde werkwijze, waarbij de kering bij die stand automatisch dicht gaat, als minder veilig (lit 2). Het peil van het Oosterscheldebekken zou in dat geval tijdens stormvloedsituaties namelijk steeds ongeveer +3 m. NAP bedragen. Bij zulke hoge waterstanden is de kans op schade aan de dijken te groot. De schade ontstaat door golfoverslag, door gebrek aan stabiliteit van de dijken, door erosie ten gevolge van doorstroming van water onder de dijk of door de effecten van geconcentreerde golfaanvallen op glooiingen en grasmatten. De stormvloedkering kan wél zonder veiligheidsproblemen worden gesloten als voor een binnenpeil van +1 m. NAP wordt gekozen. Verwacht men meerdere stormvloeden na elkaar, dan gaat men over op de zogeheten wisselstrategie. Daarbij wordt de stand aan de binnenzijde van de kering tijdens het eerste hoogwater ingesteld op + 0 m. NAP, tijdens het daaropvolgende hoogwater op + 1 m. NAP en indien er nogmaals sprake zou zijn van een dreigende overschrijding van het alarmpeil, al naar gelang de mogelijkheden van de situatie op +0 of +2 m. NAP. De wisselstrategie heeft bovendien het voordeel dat nadelige effecten van de sluiting voor milieu en visserij worden gespreid. Een situatie waarbij de Oosterscheldekering drie achtereenvolgende hoogwaters dicht moest, deed zich totnogtoe slechts eenmaal voor en wel op 27 en 28 februari 1990. Een sluiting op twee opeenvolgende hoogwaters is minder zeldzaam en kwam buiten de genoemde data nog vijf keer voor.
Verwachtingen
Om de kering tijdig bij de gewenste standen te kunnen sluiten, zijn wateropzetverwachtingen noodzakelijk. Hoe eerder bekend is dat het peil van 3 meter boven NAP bereikt of overschreden zal worden, hoe beter. Bij het opstellen van de verwachtingen wordt onder andere gebruik gemaakt van computermodellen die de wateropzet berekenen uit de door atmosfeermodellen aangeleverde wind- en luchtdrukgegevens. Daarnaast is voor een quick and dirty scan van de gevoeligheid van de wateropzet voor onzekerheden in de weerparameters een eenvoudige methodiek in gebruik, de zogeheten vakkenmethode. Door dit wateropzetmodel te voeden met de uitkomsten van ECMWF-ensemblevoorspellingen (lit. 3), is ook op de wat langere termijn een inschatting te maken van de kans op noodzaak tot sluiting van de kering.
Bij het maken van ensemblevoorspellingen wordt een grofmazige versie van het 'gewone', operationele weermodel nog 51 maal gedraaid onder licht gewijzigde omstandigheden. Iedere afzonderlijke modelberekening levert haar eigen verwachtingswaarden voor bijvoorbeeld luchtdruk en wind. In principe zijn al die voorspellingen mogelijke weersontwikkelingen; alle eruit afgeleide wateropzetvoorspellingen zouden zich in principe dus kunnen voordoen. Op deze manier kan een inschatting worden gemaakt van de kans op grote opzetten of hoge waterstanden. De voorspellingen worden weergegeven in een diagram met pluimen of met overschrijdingskansen. De afgebeelde pluim geeft de verschillende mogelijkheden die de combinatie van ensemblevoorspelsysteem en wateropzetmodel heeft berekend voor de locatie Oosterschelde en voor de storm van 21 december. De rode lijn geeft de voorspelling op basis van het 'gewone', operationele weermodel. Voor de blauwe lijn is de grofmaziger modelversie gebruikt. Ook bij de groene lijnen is men uitgegaan van de grofmaziger versie, maar nu is de beginsituatie steeds op een andere manier licht gewijzigd. De pluim laat zien dat de wateropzet mogelijk zelfs 2 m. kan bedragen.
In het diagram met overschrijdingskansen wordt de verwachte waterstand getoond, dus niet zoals bij de pluim alleen het meteorologisch effect. Het diagram heeft eveneens betrekking op 21 december 2003. De piek in het grijze gebied betekent dat op dat moment de kans op een waterstand van 2.10 m. of meer 80% bedraagt. Enkele leden van het ensemble verwachtingen voorspellen zelfs een stand van meer dan 3.5 m. (zwart).
Deze getoonde diagrammen bieden een prachtig hulpmiddel om te realiseren dat medewerkers van het KNMI en van het Topshuis, waar het beheer van de kering is gevestigd, tijdig ingezet kunnen worden om de stormvloedsituatie en haar gevolgen het hoofd te bieden.

Verloop van de wateropzet gedurende een verwachtingsperiode, waarin onder andere de storm van 21 december optrad. Sommige verwachtingen komen zelfs op een meteorologisch effect op de waterstand van 2 m. Verklaring: zie tekst.

Literatuur
1. Floor, C., 1989, Weerinvloeden op waterstanden langs de kust, Zenit oktober 1989.
2. Floor, C., 1987, Meteorologische berichtgeving voor de stormvloedkering Oosterschelde, De Bilt, KNMI Technische Rapporten TR-1-1.
3. Floor, K., 2002, Tien jaar ensemblevoorspellingen op het Europees weercentrum, Zenit december 2002.