5
Summary
Cargo transport is important for supplies of goods and food worldwide. The goods and food are transported by inland transport modes, like road, railway and inland waterway transport. Due to a growth in world population the demand of goods and food increase, which results in an increase in cargo transport. More transport leads to more traffic on roads, railway and inland waterways. Roads and railways are at their limits of capacity, while inland waterways have the ability for an increase of waterway traffic. The European waterway network for inland transport is wide and connects sea ports and the European hinterland with each other. While inland waterway transport is cheaper and slower compared to road and railway transport, it is also less reliable than the other transport modes. The reliability is the ability to perform and maintain the agreements made between actors involved in the cargo transport during normal circumstances, as well as during unexpected circumstances, like delays. A disadvantage for inland waterway navigation is the locks in the waterway network. Locks maintain the water on a certain level, so that inland vessels can navigate without the risk of grounding. Locks also cause congestions when the lock capacity is lower than the amount of vessels that want to pass the lock during a certain time. These congestions cause delays for the vessels, which do not increase the reliability of the waterway transport mode. To stimulate the inland waterway transport, so that cargo transport over water will become more compatible with road and railway transport, the reliability for inland waterway transport must be increased. This can be done by decreasing the waiting times at the locks in the waterways.
The interarrival times of inland vessels have an influence on the waiting times for vessels at locks. So when the arrival times of vessels at a lock are controlled, the waiting times can be controlled. A simulation model is designed to simulate what the effect of controlled arrivals of vessels is on the waiting time at locks. The simulation model is able to adjust the velocities of all vessels that navigate on the waterway towards the lock. With the adjustments in velocity of a vessels, the arrival time of that vessel is controlled by the model. The adjustment in velocity can let the vessel navigate faster and slower. When a vessel slows down it´s travel time on the waterway increases. A lower velocity and a longer travel time means that the fuel costs decrease and the operation time increases. That could result in a higher total travel costs. Therefore the simulation model can minimize the waiting times or the travel costs. With the minimization of costs the waiting time is minimized as well, due to the fixed operating costs a vessel has, which are the travel costs without fuel costs. Variables in the simulation model are the length of the controlled waterway, the service time of the lock and the lock capacity. The length of the controlled waterway determines the size of the system and the area where the vessels are controlled, the service time is the time it takes to pass the lock and the lock capacity determines the maximum number of vessels that can enter the lock chamber during one service run. As an input for the simulation model each vessel has its own entering velocity and entering time during a day. The entering velocities of the vessel are between 10 and 20 km/h and can be adjusted between 5 km/h and 110% of the entering velocity of the vessel. The entering time is distributed by a Weibull distribution. Since inland waterway transport is not yet a full 24/7 industry, the distribution is in such way that the majority of the daily vessels that pass the lock will enter the system between 06:00 and 20:00 hour. The settings used for the variables in the simulations are based on situations at four locks between the two largest sea ports in Europe, which are Rotterdam and Antwerp. The locks are the Volkerak, Krammer, Hansweert and Kreekrak lock and the waiting times at those lock are expected to be as long as 3 hours in the next decade.
The output of the simulation model are waiting times at the lock and the total travel costs for each vessel in an optimized situation, which is a situation with minimized waiting time or travel costs. Optimized results of the simulation model are compared with the simulations that represent the four locks with the expected waiting times. The simulation model shows a reduction in waiting times of more than 80% compared to the expected waiting times for the next decade. If this can be achieved in reality the inland waterway transport mode can be stimulated due to smaller unexpected delays and an increased reliability.
7
Samenvatting (in Dutch)
Transport is belangrijk voor de wereldwijde aanvoer van goederen en voedsel. De goederen en voedsel worden getransporteerd via wegen, spoorwegen en binnenwateren. Door een toename in wereldpopulatie groeit de vraag naar goederen en voedsel, wat resulteert in een groei in transport. Meer transport leidt tot meer verkeer op de verschillende wegen en wateren. Daar waar wegen en spoorwegen de limiet van hun capaciteit bereiken, hebben binnenwateren nog mogelijkheden hebben voor groei. Het Europese netwerk voor de binnenvaart is uitgebreid en verbindt zeehavens en havens in het achterland met elkaar. Transport over water is goedkoper en langzamer dan transport over de weg of spoorweg, daarnaast is het een minder betrouwbare vorm van transport. De betrouwbaarheid wordt bepaald door het vermogen zich te houden aan afspraken tussen partijen in de transport sector, zowel gedurende normale omstandigheden als tijdens onverwachte omstandigheden, zoals vertragingen. Een nadeel voor de binnenvaart is de aanwezigheid van sluizen in the waterwegen. Sluizen behouden een bepaald waterniveau, zodat binnenvaartschepen kunnen varen zonder de kans vast te lopen. Bij sluizen kunnen ook files ontstaan wanneer er meer schepen de sluis willen passeren dan de sluis aan kan. Deze files veroorzaken vertragingen voor de binnenvaartschepen, iets dat de betrouwbaarheid van de binnenvaart niet verbetert. Om transport via de binnenvaart te stimuleren, zodat de binnenvaart concurrerend wordt met de andere vormen van transport, moet de betrouwbaarheid vergroot worden. Dit kan behaald worden door de wachttijden bij de sluizen te verkleinen.
De aankomsttijden van schepen hebben een invloed op de wachttijden bij de sluizen. Wanneer de aankomsten van binnenvaartschepen gereguleerd worden is het mogelijk de wachttijden te controleren. Een simulatiemodel kan de effecten van gereguleerde aankomsttijden van schepen simuleren. Het simulatiemodel kan de snelheden van elk binnenvaartschip aanpassen dat navigeert op de wateren binnen het systeem van het simulatiemodel. De aanpassingen kunnen elk schip sneller en langzamer laten varen. Wanneer een schip vaart mindert wordt de reistijd langer. Een lagere snelheden en een langere reistijd hebben een lager brandstofverbruik en hogere operationele kosten tot gevolg. Om daar rekening mee te houden kan het simulatiemodel zowel de wachttijden als de totale reiskosten minimaliseren. Bij het minimaliseren van de kosten worden ook de wachttijden geminimaliseerd, aangezien wachttijd geld kost. Variabelen in het simulatiemodel zijn de lengte van de waterweg in het systeem, de schuttijd en de sluiscapaciteit. De lengte van de waterweg in het systeem geeft aan hoever vóór de sluis de snelheid van een schip aangepast kan worden, de schuttijd is de tijd die nodig is om een schip de sluis te laten passeren en sluiscapaciteit geeft het maximaal aantal schepen aan dat in een sluis past tijdens één schutting.
Alle schepen in het model hebben een eigen snelheid en tijd waarmee ze het systeem binnenkomen. De snelheden liggen tussen de 10 en 20 km/h en kunnen worden aangepast tussen de 5 km/h en 110% van de snelheid waarmee een schip het systeem binnenkomt. De tijden waarop schepen het systeem binnenkomen zijn verdeeld met een Weibull verdeling. Omdat de gehele binnenvaart nog niet een 24 uur economie is laat de verdeling het merendeel van de schepen binnenkomen tussen 6 uur ’s ochtends en 8 uur ’s avonds. De gebruikte instellingen voor de variabelen in het model zijn gebaseerd op situaties van vier sluizen tussen Rotterdam en Antwerpen, de twee grootste zeehaven van Europa. De sluizen zijn de Volkerak, Krammer, Hansweert en Kreekrak en verwachtingen zijn dat de wachttijden bij de sluizen kunnen oplopen tot 3 uur in de komende jaren.
De output van het simulatiemodel zijn de wachttijden en reiskosten voor elk binnenvaartschip in de geoptimaliseerde situatie, dat de situatie is waarin de wachttijden of kosten geminimaliseerd zijn. De wachttijden van de geoptimaliseerde simulaties worden vergeleken met de verwachten wachttijden bij de sluizen tussen Rotterdam en Antwerpen. Het simulatiemodel laat wachttijden zien die tot 80% lager zijn dan de verwachte wachttijden bij de vier sluizen. Als deze verlagingen in wachttijden in de praktijk behaald kunnen worden kan transport via de binnenvaart gestimuleerd worden door kleinere onverwachte vertragingen en een grotere betrouwbaarheid.
