Vertroebeling tijdens en na baggeren met sleephopperzuiger in het Noordzeekanaal. RIZA rapport

Vertroebeling tijdens en na baggeren met sleephopperzuiger in het Noordzeekanaal RIZA rapport 2005.006

Vertroebeling tijdens en na baggeren met sleephopperzuiger in het Noordzeekanaal

RIZA rapport 2005.006 ISBN 90 3695 6935 Auteurs: M. Kraaijeveld A. Fioole

RIZA Dordrecht, januari 2005

Inhoudsopgave ........................................................................................

Samenvatting 5 1. Inleiding 7 1.1 Leeswijzer 8 2. Beschrijving onderzoeksgebied 9 3. Meetopstelling 11 3.1 Opzet meetcampagne 11 3.1.1 Vertroebeling baggerwerkzaamheden 11 3.1.2 Vertroebeling diepstekend schip 13 3.2 Meetapparatuur en monstername 13 4. Resultaten 17 4.1 T0-situatie 17 4.2 Baggerwerkzaamheden meetdag 1 18 4.2.1 Tijdens baggeren 19 4.2.2 Na baggeren 20 4.3 Baggerwerkzaamheden meetdag 2 21 4.3.1 Tijdens baggeren 22 4.3.2 Na baggeren 23 4.4 Diepstekend schip 25 4.5 Vergelijking tussen metingen 19, 20 en 21 oktober 27 5. Conclusies 29 Referenties 31 Bijlagen 33 Bijlage 1 Theorie ADCP 35 Bijlage 2 Beschrijving SURFIS3D 37 Bijlage 3 Uitleg figuren 41 Bijlage 4 Vertroebeling baggerwerkzaamheden 19 oktober 43 Bijlage 5 Vertroebeling baggerwerkzaamheden 20 oktober 47 Bijlage 6 Vertroebeling diepstekend schip 21 oktober 49

3

Vertroebeling tijdens en na baggeren met sleephopperzuiger

4


Samenvatting

............................................................................... Op 19 en 20 oktober 2004 heeft er in opdracht van Rijkswaterstaat directie Noord-Holland een baggerproef plaatsgevonden op het Noordzeekanaal met als tweeledig doel: - Onderzoek naar de vertroebeling en de verspreiding tijdens en na baggerwerkzaamheden met een sleephopperzuiger in het Noordzeekanaal. - Inzicht in de referentiesituatie. Hiertoe is een meting verricht na de passage van een diepstekend schip. In oktober 2004 is een start gemaakt met het onderhoudsbaggerwerk in het Noordzeekanaal met een sleephopperzuiger als pilot. Om in de toekomst zonder verdere beperkingen of discussie in en rond het Noordzeekanaal te kunnen baggeren, is door de afdeling Realisatie Werken van Rijkswaterstaat directie Noord-Holland in overleg met vergunningsverleners en Rijkswaterstaat RIZA besloten een monitoringsproef uit te voeren tijdens de baggerwerkzaamheden in het Noordzeekanaal. Bij het onderzoek naar de vertroebeling en verspreiding van het zwevend stof zijn tijdens en na het baggerwerk en de passage van een diepstekend schip, de concentraties gesuspendeerd sediment in beeld gebracht met behulp van varende ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) en troebelheidsensoren. De meetgegevens zijn na validatie verwerkt met het ruimtelijk interpolatieprogramma SURFIS3D. Geconcludeerd wordt dat er tijdens en na de baggerwerkzaamheden op het Noordzeekanaal een tijdelijke belasting van zwevend stof plaats vindt van maximaal enkele uren. De invloed van AMOB (Arm Mengsel Over Boord) en overflow blijft beperkt tot tijdelijk verhoogde concentraties tot 250 mg/l bij het toepassen van overflow op een diepte van 3 meter onder het wateroppervlak, en 60 mg/l op –3 meter bij het toepassen van AMOB. Het omhooghalen van de zuigbuis aan het einde van de baggerwerkzaamheden geeft in verhouding tot AMOB en overflow een relatief grote vertroebeling. Tijdens de metingen is gebleken dat de (natuurvriendelijke) oevers niet te maken krijgen met verhoogde concentraties zwevend stof. In tegenstelling tot de baggerwerkzaamheden wordt na de passage van een diepstekend schip in de bovenste laag van de waterkolom geen verhoogde vertroebeling gemeten. In de onderste laag van de waterkolom, dieper dan 10 meter, worden tijdens de passage van het diepstekend schip constant verhoogde concentraties gemeten van maximaal 300 mg/l aan de bodem. Tijdens de baggerwerkzaamheden werden onder in de waterkolom ook concentraties gemeten van maximaal 300 mg/l, echter niet constant.

5


6


1.Inleiding ............................................................................... In het Noordzeekanaal vindt er beperkt aanslibbing plaats. Na jaren van terughoudend onderhoud is onderhoudsbaggerwerk nu echter hard nodig. In oktober 2004 is hier dan ook een begin mee gemaakt en uiteindelijk zal het Noordzeekanaal in zijn geheel op oorspronkelijke ontwerpdiepte worden gebracht. In totaal zal er ongeveer 4 miljoen m3 bagger worden verwijderd. Rijkswaterstaat directie Noord-Holland laat dit baggerwerk in het Noordzeekanaal bij voorkeur verrichten door sleephopperzuigers (RWS, 2003a). Ten eerste omdat de inzet van sleephopperzuigers nautisch minimale belemmering oplevert, dit in tegenstelling tot grijperkranen en baggermolens. Ten tweede omdat sleepzuigwerk financieel aantrekkelijk is ten opzicht van kraan- of baggermolenwerk. Om na te gaan of het storten van bagger dat hydraulisch is opgebaggerd voldoet aan het acceptatiebeleid, heeft er in opdracht van Rijkswaterstaat directie Noord-Holland een stortproef plaatsgevonden op 19 en 20 oktober 2004. Hierbij is de vertroebeling en de verspreiding van gesuspendeerd sediment gemeten tijdens en na het storten van bagger uit een sleephopperzuiger. Uit de proef is geconcludeerd dat het storten van bagger opgebaggerd met behulp van een sleephopperzuiger resulteert in een tijdelijke belasting van zwevend stof in de waterkolom. Na enkele uren zijn de concentraties weer gedaald tot de achtergrondconcentraties (RIZA, 2004). Er vindt echter niet alleen vertroebeling plaats bij het storten van bagger, maar ook bij het opbaggeren zelf. Om in de toekomst zonder verdere beperkingen of discussie op en rond het Noordzeekanaal te kunnen baggeren, is door de afdeling Realisatie Werken van de directie Noord-Holland in overleg met de Wvo- en Wbb-vergunningverlener besloten een monitoringproef uit te voeren tijdens baggerwerkzaamheden op het Noordzeekanaal. Deze proef heeft plaatsgevonden tijdens de eerste fase van het onderhoudsbaggerwerk dat in oktober – november 2004 heeft plaatsgevonden. Het doel van de monitoringproef is tweeledig: 1. Onderzoek naar de vertroebeling en de verspreiding tijdens en na baggerwerkzaamheden met een sleephopperzuiger in het Noordzeekanaal. 2. In beeld brengen van de effecten van opwoeling door schepen (referentiesituatie). Het Noordzeekanaal wordt drukbevaren. Tijdens het langsvaren van diepstekende schepen treedt er zuiging en opstuwing van het water op. De vraag is of dit een vertroebelingeffect geeft door het mogelijk opwoelen van de bodem.

7


In deze rapportage zullen de resultaten van de monitoringproef worden beschreven en worden vergeleken met de resultaten van de passage van een diepstekend schip. De beoordeling of de resultaten al dan niet acceptabel zijn, vindt niet in deze rapportage plaats, maar is de verantwoordelijkheid van de vergunningverlener en de projectverantwoordelijken.

1.1

Leeswijzer

In hoofdstuk 2 zal een beschrijving worden gegeven van het onderzoeksgebied, gevolgd door een uiteenzetting van de meetcampagne en de meetopstellingen in hoofdstuk 3. In hoofdstuk 4 worden de belangrijkste bevindingen van de proef weergegeven, waarbij ingegaan wordt op de mate van vertroebeling en verspreiding van het sediment, als ook een vergelijking met de situatie waarbij er een diepstekend schip passeert. Tenslotte worden in hoofdstuk 5 de conclusies gegeven die uit de monitoringproef getrokken kunnen worden.

8


2.Beschrijving onderzoeksgebied ............................................................................... De baggerwerkzaamheden hebben plaatsgevonden tussen kilometerraai 3 en 6,5 van het Noordzeekanaal, zie figuur 2.1. Het Noordzeekanaal kan worden gedefinieerd als een oppervlaktewater dat aan de oostzijde wordt begrensd door de aansluiting van het Amsterdam-Rijnkanaal met het IJ en de Oranjesluizen te Schellingwoude en aan de westkant door het sluizencomplex bij IJmuiden. Voor peilhandhaving wordt water via de spuisluizen en het gemaal in IJmuiden op zee geloosd. Hiernaast is sprake van een netto wateraanvoer via de schutsluizen bij IJmuiden. Door het schutten van schepen door de sluizen in IJmuiden wordt het Noordzeekanaal belast met relatief zout water. Hierdoor treedt er in het Noordzeekanaal het gehele jaar door stratificatie op, een verticale zoet-zoutgradiënt (RWS, 2003b). In de diepere lagen (vanaf ongeveer 13 meter) treedt een stroming op van relatief zout water in oostelijke richting, terwijl in de bovenste lagen (6 à 8 meter) een stroming in westelijke richting aanwezig is. De stroomsnelheden zijn echter gering. De overgangslaag bevindt zich ongeveer tussen de 7 en 12 meter. De zogenaamde zouttong doet zich ongeveer voor tot aan Amsterdam (RIZA, 2001). Vanuit ecologisch oogpunt is de handhaving van een brakwatersysteem in het Noordzeekanaal gewenst. Er profiteren veel organismen, waaronder een aantal zeldzame, van de ecologisch waardevolle zoetzout gradiënt.

...............................

Figuur 2.1 Bagger- en meetlocatie Noordzeekanaal, kilometerraai 3 tot 7

* km 3 * km 4

* km 5

* km 6

km 7 *

9


Het Noordzeekanaal is een drukke vaarweg. In het kanaal vindt sedimentatie plaats van fijne deeltjes uit het oppervlaktewater. Scheepsschroeven zorgen weer voor een gedeeltelijke opwoeling van het neergeslagen sediment, waarna weer hersedimentatie plaats kan vinden. Dit proces is meer nadrukkelijk aanwezig naarmate de schepen dieper steken. In het meest extreme geval vaart een diepstekend schip met zijn vlak en schroef door de sedimentlaag, waarbij de retourstroom van de scheepsbeweging zorgt voor verspreiding van het opgewoelde sediment. Bij regulier gebruik van het Noordzeekanaal gedurende het jaar maken kleine, middelmatige en maatgevende schepen afwisselend en gelijktijdig gebruik van het Noordzeekanaal en is er dientengevolge een zekere mate van achtergrond vertroebeling aanwezig. (RWS, 2003b)

10


3.Meetopstelling ...............................................................................

3.1

Opzet meetcampagne

3.1.1 Vertroebeling baggerwerkzaamheden Ten aanzien van het eerste doel van de baggerproef, het bepalen van de vertroebeling tijdens en na het baggeren, hebben op 19 en 20 oktober twee metingen plaatsgevonden in het Noordzeekanaal. Op 18 oktober is de meetapparatuur in orde gemaakt en bevestigd aan boord van het vaartuig M.S. Breesem. Tevens is de apparatuur getest. Op 19 oktober is er gemeten van 3:00 uur tot 9:40 uur, op 20 oktober van 5:30 tot 12:20 uur. De baggerwerkzaamheden zijn uitgevoerd met behulp van de sleephopperzuiger ‘Geopotes 14’ van het baggerbedrijf Van Oord. Het baggeren is geschied door middel van twee zuigbuizen aan weerszijden van het schip, zie figuur 3.1. In deze figuur zijn tevens de uitstroomopeningen van overflow en AMOB (Arm Mengsel Over Boord) aangegeven, beide liggen onder het wateroppervlak. De sleephopperzuiger diende zo veel mogelijk te werken volgens de gebruikelijke gang van zaken. Er is alleen afgeweken van het normale patroon indien dit in het belang was van de meetproef, bijvoorbeeld wanneer er watermonsters genomen moesten worden.

...............................

Figuur 3.1 Sleephopperzuiger Geopotes 14. Situering zuigbuis en uitstroom overflow en AMOB (Van Oord).

Uitstroom overflow

AMOB

Gedurende de meetcampagne is de vertroebeling en de verspreiding van het sediment in beeld gebracht met behulp van varende ADCP- en OBS-metingen (zie voor een uitgebreide beschrijving §3.2).

11


Op beide meetdagen is tijdens de baggerwerkzaamheden de vertroebeling in beeld gebracht door middel van het varen van rechte raaien schuin achter en naast de sleephopperzuiger, zie figuur 3.2 (RWS, 2004). Op deze manier wordt een beeld verkregen van de effecten van het baggeren en het toepassen van AMOB en/of overflow. Doordat tussen de oever en de sleephopperzuiger wordt gevaren, kan in beeld worden gebracht of en in welke mate vertroebeling plaatsvindt richting de (natuurvriendelijke) oever. De tijdstippen waarop AMOB of overflow wordt toegepast, worden aan boord van de sleephopperzuiger geregistreerd. ...............................

Figuur 3.2

Meetvaartuig

Meetstrategie tijdens baggerwerkzaamheden.

Bovenaanzicht

Sleephopperzuiger

Oever Kimlijn Talud

Kimlijn Kanaalas

Oever Talud

Vooraanzicht

Na het vertrek van de sleephopperzuiger richting het baggerdepot de Slufter worden zigzaggende raaien gevaren, zie figuur 3.3 (RWS, 2004), afgewisseld met enkele rechte raaien over de lengterichting van het Noordzeekanaal. Aan boord van de M.S. Breesem kan de meetdata realtime worden afgelezen. Op basis van deze gegevens wordt tijdens de metingen het vaarpatroon aangepast aan de waarnemingen van dat moment. Indien er bij het varen van een raai geen verhoogde vertroebeling meer wordt gemeten, wordt het meetvaartuig gedraaid en wordt de vertroebelingswolk weer opgezocht door middel van een recht raai schuin op de vorige raai, zie figuur 3.3. De resultaten van de metingen nadat de baggerwerkzaamheden beëindigd zijn, worden vervolgens met een 3D interpolatieprogramma geïnterpoleerd, zodat overzichtsplaatjes van het meetgebied gemaakt kunnen worden. Hier wordt in hoofdstuk 4 verder op ingegaan. Tijdens het keren van de sleephopperzuiger aan het einde van het baggervak zijn op de Breesem een aantal watermonsters genomen, alsook voor het begin en aan het einde van de metingen.

12


...............................

Figuur 3.3 Meetstrategie na baggerwerkzaamheden.

Meetvaartuig Sleephopperzuiger Oever Kimlijn

Kimlijn

Oever

3.1.2 Vertroebeling diepstekend schip Op 21 oktober, na een andere troebelheidsmeting voor de directie Noord-Holland met de M.S. Breesem, is er een troebelheidsmeting verricht na de passage van een diepstekend schip. Het betrof een bulkcarrier van 13,5 meter diep, 225 meter lang en 32 meter breed. De gemiddelde snelheid op het Noordzeekanaal bedroeg ongeveer 10 km/uur en het schip had als eindbestemming Overslag Bedrijf Amsterdam in de Westhaven. Voor, tijdens en na de passage van het schip zijn troebelheidsmetingen verricht op gelijke wijze als bij de baggerwerkzaamheden. Hierbij zijn tussen kilometerraai 6,5 en 7 schuine raaien gevaren over de breedte van het kanaal. De metingen hebben plaatsgevonden tussen 19:40 en 21:11 uur.

3.2

Meetapparatuur en monstername

De concentratie gesuspendeerd sediment is voor, tijdens en na de baggerwerkzaamheden en de passage van een diepstekend schip gemeten met behulp van varende ADCP- en OBS-metingen. Op deze manier is inzicht verkregen in de mate van vertroebeling en de verspreiding ervan. De metingen zijn uitgevoerd met het vaartuig M.S. Breesem van de Informatiedienst Water van RWS Noord-Holland. Dit schip was tijdens de meting uitgerust met de volgende apparatuur: - Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) van het merk RD Instrument, type 1200 kHz BroadBand (S/N 1240). De ADCP is eigendom van RWS Noord-Holland. - 2 Multiparameter probes van het merk Hydrolab. De relevante parameters door de Hydrolab-sensoren gemeten, zijn: diepte, temperatuur, saliniteit, troebelheid en pH. De Hydrolab sensoren zijn afkomstig uit het Landelijk Instrumenten Bestand van het Rijksinstituut voor Kust en Zee.

13


-

Dompelpomp en watermonsterslang, eigendom van de directie Noord-Holland. LRK plaatsbepalingsysteem, vast geïnstalleerd op het vaartuig M.S. Breesem.

...............................

Figuur 3.4 Meetopstelling op M.S. Breesem (Aqua Vision, 2004).

In figuur 3.4 is een schematische weergave van de meetopstelling te zien. De ADCP was aan stuurboordzijde bevestigd in een meetframe. Eén van de Hydrolab sondes was vast bevestigd op het meetframe van de ADCP, voor metingen in de bovenste waterlaag. De tweede Hydrolab sonde was bevestigd aan een zogenaamde string, voor het verrichten van (diepte)profielmetingen. Tijdens het varend meten met de ADCP heeft deze Hydrolab sonde niet constant in het water gehangen, omdat dit de ADCP-metingen zou verstoren. Dit was alleen het geval bij het nemen van de watermonsters. Voor het kunnen nemen van watermonster is aan de string ter hoogte van de Hydrolab een dompelpomp bevestigd, zie figuur 3.5. Voor, tijdens en na de baggerwerkzaamheden en de passage van het diepstekende schip zijn telkens vier watermonsters genomen. Hiertoe is de string met hieraan de Hydrolab sonde en de dompelpomp op respectievelijk 1, 5, 10 en 15 (of zo diep mogelijk) meter onder het wateroppervlak gehangen om een watermonster te nemen en de troebelheid te meten. Voor het bepalen van de diepte is op de string om de meter een markering aangebracht, zie figuur 3.5. De exacte diepte wordt door de Hydrolab gemeten. Van de watermonsters is het zwevend stofgehalte bepaald door een gecertificeerd laboratorium. Deze waarden zijn gebruikt voor de ijking van de troebelheidsensoren en de ADCP.

14


...............................

Figuur 3.5 Weergave dompelpomp (links) en Hydrolab sonde (rechts) aan string boord van M.S. Breesem (foto: RIZA).

De metingen zijn begeleid door een medewerker van het bedrijf Aqua Vision B.V. Voor het aansturen, inwinnen en verwerken van de meetgegevens van de gebruikte meetinstrumenten is gebruikgemaakt van Aqua Vision VISEA Data Acquisition Software (versie 2.0.7) en de Plume Detection Toolbox (versie 1.0.7). De werking van de ADCP wordt beschreven in bijlage 1. De gegevens en instellingen van de ADCP staan beschreven in de meetrapportage van Aqua Vision (Aqua Vision, 2004). De eindverantwoordelijkheid voor het uitvoeren van de metingen lag bij het RIZA.

15


16


4.Resultaten ............................................................................... Op 19 en 20 oktober is er tijdens en na baggerwerkzaamheden op het Noordzeekanaal een monitoringsproef uitgevoerd om inzicht te krijgen in de vertroebeling. Ter vergelijking van de resultaten is op 21 oktober een meting verricht na de passage van een diepstekend schip. In de navolgende subhoofdstukken zal allereerst ingegaan worden op de t0meting. Vervolgens zullen per meetdag de resultaten worden beschreven, gevolgd door een vergelijking van de drie metingen.

4.1

T0-situatie

Op 21 oktober is voor de passage van het diepstekende schip een t0meting verricht tussen kilometerraai 6,5 en 7 (voor locatie zie figuur 2.1). Deze meting wijst uit dat in het Noordzeekanaal lage sedimentconcentraties voorkomen, tussen de 0 en 20 mg/l (zie figuur 4.1a en b).

Diepteprofiel zwevend stofghalte t0-meting

Langsprofiel 50.00 % ± 1.00 % 0

0 -2 -4

→ Diepte (m)

diepte (m)

-5

-6 -8

-10 -10

-12 -14

zwevend stofconcentratie

-16 3

-15 3900

3950

4000

4050

4100

4150

4200

4

6

8

10

12

14

→ Parameter (eenheid)

mg/l

16

18

5

7

9

11

13

Zw evend stofconcentratie (mg/l)

→ Af stand langs riv ieras (m)

20

...............................

...............................

Figuur 4.1a

Figuur 4.1b

Zwevend stofconcentraties t0-meting, lengteraai in midden van Noordzeekanaal. X-as: afstand langs rivieras, y-as: diepte (m), kleurenbalk: zwevend stof concentraties (mg/l)

Gemiddelde zwevend stofverticaal t0situatie. X-as: zwevend stofconcentratie (mg/l), y-as: diepte (m)

In figuur 4.1a is het diepteprofiel weergegeven van een lengteraai in het midden van het Noordzeekanaal. Op de x-as staat de afstand langs

17


de kanaal-as uitgezet, op de y-as de diepte en de kleuren in de figuur geven de maximale gemeten zwevend stofconcentraties van de t0meting weer in mg/l. Uit figuur 4.1a blijkt dat de gemeten zwevend stofconcentraties een vrij constant beeld geven. In figuur 4.1b is dan ook de gemiddelde zwevend stofverticaal opgenomen van de t0situatie. Uit de figuren 4.1a en b blijkt dat tussen ongeveer 7 en 11 meter diepte lagere zwevend stofconcentraties gemeten worden (donkerblauwe kleur in figuur) dan in de bovenste en onderste laag van het profiel. Deze scheiding heeft te maken met het feit dat er rond een diepte van 7 meter een overgangslaag zit tussen relatief zoet en zout water. Het zoete water, dat boven het zoute water ligt, bevat meer zwevend stof. In de onderste meters van het profiel komen ook iets hogere zwevend stofconcentraties voor. Dit heeft te maken met het feit dat de scheidingslaag tussen water en bodem geen ’harde’ scheidinglaag is en er een kleine overgangslaag is waar sediment in oplossing is door bijvoorbeeld stroming of scheepsbewegingen.

4.2

Baggerwerkzaamheden meetdag 1

In figuur 4.2 is een luchtfoto van het Noordzeekanaal opgenomen, met daarin met kleuren aangegeven de tracks die gevaren zijn met de M.S. Breesem. Elke kleur staat voor een bepaalde tijd waartussen de betreffende track gevaren is (zie legenda). De zwarte stippellijnen geven het vaarpatroon weer van de sleephopperzuiger. Van de hopperzuiger betreft het niet het exacte vaarpatroon, maar een benadering waarbij het begin en eindpunt wel kloppen met de werkelijk gevaren track, maar de afstand vanaf de oever iets kan afwijken van het werkelijk gevaren patroon. De tracks van het meetvaartuig zijn wel exact zoals er die dag gevaren is. Tijdens de eerste meting op 19 oktober is de sleephopperzuiger aan de zuidzijde van het Noordzeekanaal bij kilometerraai 3 gestart met baggeren, zie figuur 4.2. Op ongeveer een kwart van het traject aan de noordzijde van het kanaal was de beun vol. Om een gebiedsdekkend overzicht te krijgen van de meetwaarden in zowel lengte, breedte als diepte richtingen van het Noordzeekanaal, is ervoor gekozen om de data te interpoleren met behulp van het ruimtelijk interpolatie programma SURFIS3D, ontwikkeld door het RIZA. In bijlage 2 is een beschrijving opgenomen van SURFIS3D. Na interpolatie kan de concentratie gesuspendeerd sediment op drie manieren inzichtelijk worden gemaakt in het meetgebied, nl. langs lengte-, breedte- en diepte-as van het Noordzeekanaal.

18


......................

Figuur 4.2 Overzicht vaarpatroon M.S. Breesem op 19 oktober 2004 in Noordzeekanaal

Meetvaartuig

Sleephopperzuiger 5.00 - 6.22

4.2.1 Tijdens baggeren ADCP-metingen Op 19 oktober 2004 is de sleephopperzuiger Geopotes 14 omstreeks 5:00 uur begonnen met baggerwerkzaamheden. Helaas is in het eerste uur van de meting veel meetdata afgekeurd door verstoring van luchtbellen, veroorzaakt door schroefwater van het baggerschip. De data die wel goedgekeurd is laat in het eerste uur verhoogde sedimentconcentraties zien tot 300 mg/l vanaf ongeveer 10 meter diepte tot aan de bodem. In de ondiepere lagen in het profiel worden op sommige locaties concentraties tussen de 50 en 150 mg/l gemeten. Op de meeste locaties worden echter concentraties onder de 50 mg/l gemeten. Drieënzestig minuten na de start van de baggerwerkzaamheden zijn ongeveer drie minuten lang boven in de waterkolom (tussen de 3 en 6 meter diepte) concentraties gemeten tussen de 50 en 150 mg/l. Onder in de waterkolom lopen deze concentraties op tot 200 mg/l. De verhoogde concentraties in de ondiepere lagen van de waterkolom zijn waarschijnlijk het gevolg van het lichten van de zuigbuizen tijdens het passeren van de tunnelbuizen en het oversteken van het Noordzeekanaal. Tijdens de baggerwerkzaamheden is het baggerbedrijf gevraagd te registreren wanneer AMOB en overflow zijn toegepast om aan de hand van deze gegevens een eventuele relatie te kunnen leggen met de meetwaarden. De eerste meetdag zijn deze gegevens helaas niet geregistreerd. De tweede dag (20 oktober) zijn deze gegevens wel geregistreerd, in paragraaf 4.3 zal hierop verder worden ingegaan.

19


Metingen op –0,5 meter Bovenstaande resultaten zijn afkomstig van de ADCP-metingen. Deze apparatuur registreert echter pas zwevend stofconcentraties vanaf een diepte van ongeveer 2,5 meter onder het wateroppervlakte. De inlaten voor de natuurvriendelijk oevers liggen echter op ongeveer NAP – 0,90 meter. Om toch iets te kunnen zeggen over de concentraties gesuspendeerd sediment hoger in het profiel, is er een Hydrolab aan het meetvaartuig bevestigd die de troebelheid op een diepte van ongeveer - 0,5 meter heeft geregistreerd. Tijdens de baggerwerkzaamheden op 19 oktober zijn op deze diepte vrijwel constant concentraties kleiner dan 15 mg/l gemeten. Ook tijdens het oversteken van het Noordzeekanaal drieënzestig minuten na aanvang van de meting zijn geen verhoogde concentraties gemeten, terwijl met de ADCP-metingen concentraties gemeten zijn tussen de 50 en 120 mg/l boven in de waterkolom tot aan een diepte van 2,5 meter (bereik ADCP). Wel zijn twee korte perioden van ongeveer een minuut concentraties gemeten tussen de 10 en 40 mg/l op een diepte van ongeveer 3 meter. Deze concentraties zijn echter niet vlak bij de oever gemeten, maar op ongeveer 90 meter vanaf de zuidzijde van het kanaal. Gezien het beeld van de ADCP-metingen kan worden aangenomen dat de verhoogde concentraties de oevers niet zullen bereiken.

4.2.2 Na baggeren ADCP-metingen In bijlage 4a zijn overzichtsfiguren opgenomen die de maximale vertroebeling weergeven direct nadat de sleephopperzuiger gestopt is met baggeren en vertrokken is richting de sluizen bij IJmuiden. Ter verduidelijking van de figuren in deze bijlage wordt in bijlage 3 aan de hand van een diepte-, een lengte- en een breedteprofiel beschreven hoe de figuren te lezen. In figuur B4a.1 in bijlage 4a is een weergave gegeven van de verdeling van de zwevend stofconcentraties in het meetgebied op een diepte van 3 meter ten opzichte van het wateroppervlak. In figuur B4a.2 is ook een diepteprofiel weergegeven, alleen nu op een diepte van 12 meter. Wat opvalt is dat in de eerste figuur in de linker bovenhoek maximale concentraties gemeten zijn van 100 mg/l. Aan de oostkant van het meetgebied worden maximale concentraties van 40 mg/l gemeten boven in de waterkolom. Op een diepte van 12 meter vertonen de meetwaarden een geheel ander beeld. De maximale concentraties liggen hier rond de 200 mg/l, en in een groot gedeelte van het gebied worden concentraties tussen de 100 en 200 mg/l gemeten. In figuur B4a.3 is een lengteraai van het meetgebied weergegeven op ongeveer 126 meter van de noordoever. Aan de linkerkant van figuur B4a.3 zijn verhoogde concentraties tot boven in de waterkolom gemeten. Deze verhoogde concentraties gesuspendeerd sediment zijn naar alle waarschijnlijkheid afkomstig van het omhooghalen van de zuigbuizen na het beëindigen van de baggerwerkzaamheden. De verhoogde concentraties onder de 11 meter zijn nog het gevolg van de baggerwerkzaamheden. Net na het beëindigen van de

20


baggerwerkzaamheden worden hier nog maximale concentraties gemeten van ongeveer 120 mg/l. Als laatste is in bijlage 4a een dwarsprofiel opgenomen van het meetgebied, figuur B4a.4. Deze figuur geeft weer dat onder in het profiel veel hogere concentraties gemeten worden als gevolg van de baggerwerkzaamheden dan boven in het profiel. In bijlage 4b zijn op dezelfde wijze als in bijlage 4a figuren weergegeven die de maximale concentraties gesuspendeerd sediment weergegeven, maar nu op een tijdstip ongeveer een uur na het vertrek van de sleephopperzuiger. De gemeten concentraties liggen aanzienlijk lager dan in bijlage 4a. Boven in het profiel (tot een diepte van 8 meter) worden geen concentraties boven de 50 mg/l gemeten. Vanaf een diepte van ongeveer 10 meter worden concentraties tussen de 40 en 90 mg/l gemeten. Tot slot zijn in bijlage 4c de resultaten van de meting weergegeven ongeveer 2 uur na het vertrek van de sleephopperzuiger. Onder in het profiel, dieper dan 10 meter, worden 2 uur na het beëindigen van de baggerwerkzaamheden concentraties gemeten tussen de 15 en 20 mg/l. Tussen de 8 en 10 meter betreft het concentraties tussen de 12 en 20 mg/l en tussen de 3 en 8 meter liggen de concentraties onder de 15 mg/l. Metingen op –0,5 meter De hydrolab sensor heeft na het vertrek van de sleephopperzuiger vrijwel constant concentraties gemeten kleiner dan 15 mg/l. Alleen net na het vertrek zijn er vanaf 6:25 uur ongeveer een minuut lang concentraties gemeten tussen de 20 en 85 mg/l. Deze concentraties zijn gemeten op ongeveer 75 meter van de noordoever van het Noordzeekanaal. Hierna zijn nog enkele keren concentraties rond de 30 mg/l gemeten.

4.3

Baggerwerkzaamheden meetdag 2

In figuur 4.3 is een overzichtsfiguur weergegeven van de gevaren tracks door de meetboot op 20 oktober. De kleuren geven aan tussen welke tijdstippen de tracks gevaren zijn. Op 20 oktober is de sleephopperzuiger aan de noordzijde van het kanaal bij kilometerraai 3 begonnen en aan de zuidzijde ongeveer op eenderde van het traject geëindigd.

21


......................

Figuur 4.3 Overzicht vaarpatroon M.S. Breesem op 20 oktober 2004 in Noordzeekanaal

Meetvaartuig

Sleephopperzuiger 6.50 - 8.20

4.3.1 Tijdens baggeren ADCP-metingen Ook tijdens de meting op 20 oktober zijn er door het schroefwater van de sleephopperzuiger meetdata afgekeurd in het eerste uur van de meting. De perioden waarin de meetdata is afgekeurd is te herkennen aan de witte balken in figuur 4.4. In figuur 4.4 zijn de concentraties gesuspendeerd sediment weergegeven vanaf ruim een half uur na de aanvang van de meting tot een uur na aanvang van de meting. Rond ensemble 120 zijn vooral boven in de waterkolom verhoogde concentraties gemeten van maximaal 250 mg/l. Rond deze tijd is de zuigbuis weer naar de bodem gebracht na de passage van de Wijkertunnel, maar er is ook AMOB toegepast. Waarschijnlijk zijn de gemeten concentraties een combinatie van beide toepassingen. Uit de goedgekeurde meetdata blijkt dat tijdens de baggerwerkzaamheden op 20 oktober het niet vaker voorgekomen is dat er verhoogde concentratie helemaal boven in de waterkolom zijn gemeten ten gevolgen van het toepassen van AMOB.

......................

Figuur 4.4 Concentraties gesuspendeerd sediment gemeten op 20 oktober van 7:27 (ensemble 1) tot 7:51 uur (ensemble 255). De witte balken geven aan dat de meetdata is afgekeurd.

Tussen 7:42 en 7:45 uur (rond ensemble 180) zijn twee maal verhoogde concentraties waar te nemen (zie pijlen in figuur 4.4), van 50 mg/l boven in de waterkolom, tot 300 mg/l aan de bodem. Op deze tijdstippen is ook AMOB toegepast. Uit figuur 4.5 is op te maken dat er ongeveer een uur na aanvang van de baggerwerkzaamheden, rond 8:00 uur, boven in de waterkolom verhoogde concentraties zijn gemeten tot maximaal 250 mg/l, zie

22


Tussen 7:42 en 7:45 uur (rond ensemble 180) zijn tweemaal verhoogde concentraties waar te nemen (zie pijlen in figuur 4.4), van 50 mg/l boven in de waterkolom tot 300 mg/l aan de bodem. Op deze tijdstippen is ook AMOB toegepast. Uit figuur 4.5 is op te maken dat er ongeveer een uur na aanvang van de baggerwerkzaamheden, rond 8:00 uur, boven in de waterkolom verhoogde concentraties zijn gemeten tot maximaal 250 mg/l (zie pijl figuur 4.5, ensemble 1 t/m 12). Dit is het gevolg van het toepassen van overflow. Een opmerking die hierbij gemaakt dient te worden is dat bij de Geopotes 14 de uitstroomopening voor de overflow dicht in de buurt van de schroef zit, zie figuur 3.1. De uitstroomopening voor AMOB zit verder weg bij de schroef. De plaatsing van deze twee uitstroomopeningen op de sleephopperzuiger kan van invloed zijn op verspreiding van het zwevend stof en kan per sleephopperzuiger verschillen.

......................

Figuur 4.5 Concentraties gesuspendeerd sediment gemeten op 20 oktober van 7:59 (ensemble 1) tot 8:19 uur (ensemble 200)

Metingen op –0,5 meter De troebelheidsmeter op 0,5 meter diepte meet tijdens het baggeren het grootste deel van de tijd concentraties onder de 15 mg/l. Een enkele keer worden verhoogde concentraties gemeten, echter voor zeer korte perioden. De hoogst gemeten concentratie is 150 mg/l om 8:00 uur. Rond dit tijdstip zijn met de ADCP-metingen ook verhoogde concentraties gemeten boven in de waterkolom (tot 250 mg/l op 3 meter diepte), dit is het gevolg van het toepassen van overflow. Aan de hand van het gevaren meetpatroon tijdens het baggeren kan niets gezegd worden over de vertroebeling vlak bij de oevers, omdat er tijdens het baggeren alleen rechte raaien gevaren zijn. In paragraaf 4.3.2 zal hier verder op ingegaan worden.

4.3.2 Na baggeren ADCP-metingen In bijlage 5a zijn 4 figuren opgenomen die de concentraties gesuspendeerd sediment weergeven net na vertrek van het baggerschip (vanaf 8:21 uur). Vooral in het langs- en dwarsprofiel is goed te zien dat er tot bovenin de waterkolom hogere concentraties gemeten zijn, tot 150 mg/l. Dit is zeer waarschijnlijk het gevolg van het omhoog

23


halen van de zuigbuizen. Dit effect is ook waargenomen op 19 oktober. In figuur 4.6 is een dwarsprofiel van het Noordzeekanaal opgenomen ter hoogte van kilometerraai 6. In de figuur zijn de maximale gemeten concentraties weergegeven van al de uitgevoerde metingen op 20 oktober. Op de x-as staat de totale breedte van het Noordzeekanaal uitgezet (links=noordoever, rechts=zuidoever), op de y-as staat de diepte van het Noordzeekanaal uitgezet. De kleuren in de figuur geven de maximale zwevend stofconcentraties weer, zie kleurenbalk. Ter hoogte van kilometeraai 6 heeft de sleephopperzuiger op 20 oktober de baggerwerkzaamheden beëindigd. De pluim met verhoogde concentraties in de gehele diepte van het kanaal zijn het gevolg van het omhoog halen van de zuigbuis. In bijlage 5b en c zijn figuren opgenomen respectievelijk anderhalf en drie uur na het beëindigen van de baggerwerkzaamheden. Omdat dit twee rechte raaien betreft, is het niet zinvol de data te interpoleren, waardoor een figuur wordt weergegeven van de gevaren track. Uit figuur 5b valt op te maken dat anderhalf uur na vertrek boven in de waterkolom maximale concentraties van 20 mg/l gemeten zijn en onderin het profiel concentraties van maximaal 30 mg/l. Vanaf ongeveer twee uur na vertrek van het baggerschip worden geen concentraties boven ongeveer 15 mg/l waargenomen. De figuur in bijlage 5c, 3 uur na vertrek van de hopperzuiger, geeft hetzelfde beeld. Metingen op –0,5 meter De maximaal gemeten concentratie is 120 mg/l, gemeten net na het vertrek van de sleephopperzuiger. ADCP-metingen laten op dit tijdstip op 3 meter diepte op ongeveer 22 meter van de oever op een zeer kleine plek een concentratie van 50 mg/l zien, dichterbij de oever is geen verhoging meer waar te nemen. De (natuurvriendelijke) oevers krijgen dan ook niet te maken met verhoogde concentraties gesuspendeerd sediment.

......................

Figuur 4.6

Dwarsprofiel NZK bij kilometerraai 6

Maximale concentraties gesuspendeerd sediment gemeten op 20 oktober, weergegeven in dwarsprofiel

Noordoever

24

Zuidoever


4.4

Diepstekend schip

Op 21 oktober is een troebelheidsmeting verricht na de passage van een diepstekend schip. Het schip, een bulkcarrier van 13,5 meter diep, had een vaarsnelheid van ongeveer 10 km/uur tijdens een normale vaart (geen afremming) en had als eindbestemming de Westhaven. De maximale vaarsnelheid op het Noordzeekanaal is 18 km/uur en er mag gebaggerd worden tot -15,75 meter, dit ter vergelijking. In figuur 4.7 is een overzicht gegeven van het vaarpatroon van de Breesem na de passage van een diepstekend schip. Het diepstekende schip heeft om ongeveer 20:00 uur de meetlocatie gepasseerd. ......................

Figuur 4.7 Overzicht vaarpatroon M.S Breesem op 21 oktober 2004 in Noordzeekanaal

Meetvaartuig

In bijlage 6a zijn figuren opgenomen die de concentraties gesuspendeerd sediment weergeven tussen het tijdstip net na de passage van het diepstekende schip en een half uur erna. Uit de figuren valt op te maken dat vanaf de bodem tot aan een diepte van ongeveer 10 meter duidelijk verhoogde concentraties worden gemeten. Dit varieert van maximaal 350 mg/l aan de bodem tot ongeveer 50 mg/l op 10 meter diepte. In bijlage 6b zijn de concentraties gesuspendeerd sediment weergegeven gemeten tussen een half uur en een uur na de passage van het diepstekende schip. Vergeleken met bijlage 6a zijn de concentraties tussen de 10 en 11,5 meter diepte afgenomen van ongeveer 50 mg/l liter tot rond de 20. Vanaf 12 meter diepte worden nog concentraties tussen de 50 en 300 mg/l gemeten. In onderstaande figuur (4.8) is een dwarsraai van het Noordzeekanaal opgenomen rond kilometerraai 7. De kleuren in de figuur geven de maximale gemeten zwevend stofconcentraties weer. Verder is in de figuur de bodemligging weergegeven door middel van de blauwe lijn, en de situering van het diepstekend schip ten opzichte van de bodem

25


(zwarte lijn). Op de x-as staat de afstand van het kanaal uitgezet, waarbij links de Noordoever is. Op de y-as staat de diepte van het Noordzeekanaal uitgezet. Uit de figuur blijkt dat het verschil tussen de bodem en de kiel van het schip ongeveer 2,5 meter is. De vertroebeling blijft beperkt tot ongeveer 10 meter onder het wateroppervlak, met veruit de grootste vertroebeling onder de –12 meter. diepteprofiel nzk rond kilometerraai 7

......................

Figuur 4.8

afstand kanaal (m)

0 1

Dwarsraai NZK met maximale gemeten zwevend stofconcentraties. Inclusief situering bodemligging en diepstekend schip.

125

250

-2

-4

Diepte kanaal (m)

-6

-8

-10

-12

-14 diepteprofiel nzk -16

-18

0

50

100

150


In 1998 is door het bureau Frederic R. Harris een onderzoek verricht naar de bodemerosie veroorzaakt door scheepvaart (Frederic R. Harris, 1998). In het kader van dit onderzoek is ook gekeken naar de opwerveling, verspreiding en depositie van bodemmateriaal veroorzaakt door scheepvaart. Bij dit onderzoek zijn metingen verricht op het Noordzeekanaal na passage van verschillende diepstekende schepen. Uit de metingen blijkt dat tijdens de passage van de schepen op het Noordzeekanaal de vertroebeling met name optreedt in de waterlagen dieper dan 8 meter. Deze bevindingen komen overeen met de bevindingen in onderliggend rapport. Uit het rapport van Harris blijkt dat net na de passage van een diepstekend schip de concentraties toenemen tot ongeveer 100 mg/l op 14 meter diepte.

26


4.5

Vergelijking tussen metingen 19, 20 en 21 oktober

Wanneer de meetresultaten van 19 en 20 oktober met elkaar worden vergeleken, laten de resultaten tijdens de baggerwerkzaamheden vrijwel hetzelfde beeld zien. Ten gevolge van het omhooghalen of laten zakken van de zuigbuizen en het toepassen van AMOB of overflow zijn een aantal keren verhoogde concentraties gemeten tot boven in de waterkolom. Na het beëindigen van het sleepzuigwerk is ook ongeveer hetzelfde patroon waar te nemen op de twee meetdagen. Wel valt op dat er verschil zit in de concentratie afname na afloop van de baggerwerkzaamheden. Op 19 oktober zijn een half uur na het vertrek van de sleephopperzuiger nog concentraties van 100 mg/l gemeten, terwijl de maximale concentratie op 20 oktober na een half uur 50 mg/l bedroeg. Drie uur na afloop van de baggerwerkzaamheden zijn op 19 oktober concentraties van 20 en 15 mg/l gemeten op respectievelijk 12 en 8 meter diepte. Op 20 oktober zijn tweeëneenhalf uur na afloop in de gehele waterkolom concentraties gemeten van rond de 15 mg/l. De snellere afname van de hoeveelheid sediment in de waterkolom op 20 oktober is mogelijk het gevolg van de grotere hoeveelheid water die door de spuisluis bij IJmuiden uit het Noordzeekanaal is gepompt. Wanneer de resultaten van de baggerwerkzaamheden worden vergeleken met de resultaten van de passage van een diepstekend schip, blijkt dat na de passage van het diepstekend schip geen verhoogde concentraties worden gemeten in de eerste 10 meter van de waterkolom. Dit in tegenstelling tot de metingen tijdens en na het baggerwerk waar dit wel het geval is. In de onderste paar meter van de waterkolom worden zowel tijdens het baggeren als tijdens de passage van het diepstekend schip concentraties van maximaal 300 mg/l gemeten. Tijdens en na de passage van het diepstekend schip worden deze concentraties constant gemeten, terwijl dit tijdens het baggeren niet het geval is.

27


28


5.Conclusies ............................................................................... • Tijdelijke belasting De twee metingen die zijn verricht tijdens en na baggerwerkzaamheden in het Noordzeekanaal laten zien dat er een tijdelijke belasting van zwevend stof in de waterkolom plaatsvindt voor een periode van maximaal enkele uren. Tijdens de eerste meting zijn twee uur na het vertrek van de sleephopperzuiger onder in de waterkolom maximale concentraties gemeten van ongeveer 80 mg/l. Tijdens de tweede meting liggen deze concentraties rond de 15 mg/l. Drie uur na het wegvaren van de sleephopperzuiger zijn er op beide meetdagen weer achtergrondconcentraties gemeten in het gebied. • Overflow De invloed van het toepassen van overflow blijft beperkt tot tijdelijk verhoogde concentraties tot 250 mg/l boven in de waterkolom op een op een diepte van 3 meter. Een half uur na het toepassen van overflow zijn de concentraties gezakt tot ongeveer 50 mg/l en anderhalf uur erna is er geen verhoogde vertroebeling meer waar te nemen. • AMOB De effecten van het toepassen van AMOB op de vertroebeling zijn zeer beperkt. Op een diepte van –0,5 meter is de maximale gemeten concentratie 40 mg/l, op –3 meter diepte 60 mg/l. • Zuigbuis van bodem In vergelijking met de effecten van AMOB, geeft het omhooghalen van de zuigbuis een relatief grote vertroebeling. Boven in de waterkolom (3 meter) zijn concentraties gemeten van maximaal 150 mg/l net na het beëindigen van de baggerwerkzaamheden. • Verspreiding De verspreiding onder in de waterkolom strekt zich uit over praktisch het gehele baggergebied. Boven in de waterkolom blijft vindt er alleen verspreiding plaats door handelingen als het omhooghalen van de zuigbuis. Het toepassen van AMOB en overflow en het omhooghalen van de zuigbuis zorgen voor een tijdelijke verhoging van de concentraties gesuspendeerd sediment. Op beide meetdagen worden vlak in de buurt van de oevers geen verhoogde concentraties gemeten. • Natuurvriendelijke oevers Op een diepte van 0,5 meter onder het wateroppervlak zijn tijdens en vlak na de baggerwerkzaamheden een aantal keren zeer kort verhoogde concentraties gemeten. Op 19 oktober is de maximale gemeten concentratie 85 mg/l, op 20 oktober 150 mg/l. Beide waarden zijn echter op ongeveer 90 meter vanaf de oever en slechts enkele seconden gemeten. Uitgaande van de resultaten van de ADCPmetingen mag aangenomen worden dat bij de (natuurvriendelijke)

29


oevers geen verhoogde concentraties zijn voorkomen ten gevolgen van de baggerwerkzaamheden. • Vergelijking diepstekend schip Na de passage van een schip van 13,5 meter diepte met een vaarsnelheid van ongeveer 10 km/uur, worden in de eerste 8 meter onder het wateroppervlakte praktisch geen verhoogde concentraties gesuspendeerd sediment gemeten. In het eerste half uur na passage worden er vanaf 10 meter diepte duidelijk verhoogde concentraties gemeten, tussen de 50 mg/l op 10 meter en 350 mg/l aan de bodem. In het tweede half uur na passage worden er alleen nog verhoogde concentraties gemeten dieper dan 12 meter. In vergelijking met het sleepzuigwerk veroorzaakt een diepstekend schip aanzienlijk minder vertroebeling in de bovenste laag van de waterkolom. Dit gaat met name op voor de eerste 8 meter van de waterkolom. Na passage van het diepstekende schip wordt hier geen verhoogde vertroebeling gemeten, terwijl bij de baggerwerkzaamheden tijdelijk concentraties worden gemeten van maximaal 250 mg/l boven in de waterkolom. In de onderste laag van de waterkolom wordt tijdens de passage van het diepstekend schip constant concentraties van rond de 300 mg/l gemeten. Tijdens de baggerwerkzaamheden werden onder in de waterkolom ook concentraties van maximaal 300 mg/l gemeten, echter niet constant.

30


Referenties

............................................................................... Aqua Vision, 2004 Troebelheidsmetingen in het Noordzeekanaal, vertroebeling als gevolg van baggerwerkzaamheden met een sleephopperzuiger en de passage van een diepstekend schip. Mol, J.W., Rapportnummer AV_DOC_040311, in opdracht van RIZA, november 2004 Frederic R. Harris B.V., 1998 Onderzoek bodemerosie door scheepvaart, eindverslag overzicht fase 1, 2a en 2b, september 1998. RIZA, 2000 De nauwkeurigheid bij het ruimtelijk interpoleren met SURFIS. Fioole, A., RIZA rapport 2000.003 RIZA, 2001 Systeem- en procesbeschrijving Noordzeekanaal; een kennisinventarisatie. Steenkamp, B.P.C., A. Driesprong en J.J.G. Zwolsman, RIZA rapport 2001.025, april 2001 RIZA, 2004 Verspreiding sediment na storting van bagger m.b.v. sleephopperzuiger. Kraaijeveld, M., RIZA rapport 2004.004, december 2003 RWS, 2003a Sleepzuigwerk in het Noordzeekanaal, Rijkswaterstaat directie Noordzee. Berg, N.J., document nr. DNZ-R-2003.01, september 2003. RWS, 2003b Variatie van zout- en zuurstofconcentraties in tijd en ruimte in het Noordzeekanaal. Akkermans, A., stagerapport RWS, 2004 Plan van aanpak metingen, troebelheidsmetingen baggerwerk Noordzeekanaal, Rijkswaterstaat directie Noord-Holland, Informatiedienst Water. Spelt, B.E., september 2004

31


32


Bijlagen

...............................................................................

33


34


Bijlage 1 Theorie ADCP

............................................................................... Hoewel een Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) initieel ontworpen is voor het meten van stroomsnelheden, geeft het akoestische echosignaal van de ADCP tevens informatie over de concentratie gesuspendeerd materiaal (SSC). Deze informatie wordt gemeten in de vorm van de intensiteit van de ontvangen reflecties, ook wel relatieve backscatter genoemd. Voor het meten van SSC met een ADCP dient de relatieve backscatter informatie te worden omgezet naar absolute backscatter (Deines, 1999). In vergelijking met de standaard meetmethoden voor zwevend stof heeft de ADCP als voordeel dat zwevend stofconcentraties met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie in beeld kunnen worden gebracht, waardoor representatieve informatie wordt verkregen over de ontwikkeling van zwevend stofconcentraties in het gebied. ADCP kan overigens niet worden ingezet om een beeld te krijgen van de deeltjesgrootteverdeling in het zwevend stof. 1. Conversie van relatieve naar absolute backscatter De conversie van relatieve naar absolute backscatter bestaat uit de volgende stappen: - Conversie van interne eenheden naar dB. - Instrument-normalisatie. - Afstand-normalisatie. 1.1 Conversie van interne eenheden naar dB De relatieve backscatter (E) is afkomstig uit de Received Signal Strenght Indicator (RSSI) van de ADCP transducenten. De RSSI-waarden worden gemeten in counts. Het referentie niveau (Er) is de RSSI-waarde wanneer er geen signaal aanwezig is. Een typische waarde voor Er is 40 counts. Met behulp van de RSSI schaal factor kunnen de RSSI-waarden worden geconverteerd naar dB eenheden. De RSSI schaal factor ligt tussen de 0,35 en 0,55 dB/count. 1.2 Instrument normalisatie Voor absolute ijking dient het complete zend- en ontvangcircuit van het gebruikte ADCP-systeem te worden gekarakteriseerd. Het gaat hier onder meer om parameters als elektrisch vermogen naar de transducent, pulslengte van het uitgezonden signaal en efficiëntie van transducent. Deze parameters zijn in de fabriek gemeten, of kunnen uit de ADCP-datastructuur worden afgelezen.

35


1.3 Afstand normalisatie Voor afstandscompensatie van relatieve backscatter is het nodig om de akoestische verliestermen aan de geconverteerde backscatter toe te voegen: - Akoestische spreiding. Akoestische spreiding is een geometrische verliesterm als gevolg van de conische vorm van de akoestische ADCP-bundels. - Geluidsabsorptie in het water. De geluidsabsorptie in het water is het gevolg van de moleculaire overdracht van akoestische energie naar warmte, en is een functie van temperatuur, frequentie, saliniteit, diepte, geluidssnelheid en pH-waarde. - Geluidsverzwakking in het sediment. De geluidsverzwakking in het sediment is het gevolg van de spreiding en absorptie van akoestische energie door deeltjes in het water.

2 Conversie van absolute backscatter naar SSC Door middel van ijking met referentiemetingen van SSC is het mogelijk de absolute backscatter te converteren naar SSC. De referentiemetingen kunnen worden uitgevoerd met bijvoorbeeld troebelheid of optische backscatter-sensoren en watermonsters. SSC is afhankelijk van de korrelgrootteverdeling. De korrelgrootteverdeling is echter weer afhankelijk van SSC. Om deze reden zijn de SSC-waarden geoptimaliseerd door middel van een itererend proces.

36


Bijlage 2 Beschrijving SURFIS3D

............................................................................... SURFIS3D is een computerprogramma voor op de PC, dat meetgegevens afkomstig van verschillende plaatsen en dieptes, ruimtelijk kan interpoleren. Ruimtelijk interpoleren betekent hier, berekenen van een waarde C op een willekeurige plaats en diepte uit omliggende meetgegevens. Om bij de interpolatie rekening te houden met de fysische omstandigheden (loop van de rivier en ligging van de waterbodem), kunnen de xen y-waarden (x-, en y-coördinaten) en de z-waarden (hoogteligging t.o.v. NAP) getransformeerd worden. De x- en y-coördinaten worden bij deze transformatie omgezet tot afstanden in breedte- en lengterichting van de rivier. De z-waarden worden omgerekend tot een diepte t.o.v. een variabele (bijv. de waterbodem) of vast (bijv. wateroppervlak, NAP) referentieniveau. Als er gebruikgemaakt wordt van deze transformaties, dan zal ook het zoekgebied aangepast worden. In figuur 1 is de vorm van het zoekgebied in horizontale richting, met en zonder transformatie, te zien. Figuur 1: Vorm zoekgebied in horizontale richting met en zonder transformatie. bovenaanzicht situatie zonder transformatie

bovenaanzicht situatie met transformatie

= meetpunt = te interpoleren punt

= zoekgebied

= meetpunt

= zoekgebied

= te interpoleren punt

In figuur 2 is een zijaanzicht gegeven van het zoekgebied in verticale richting, als het referentieniveau variabel (bodem) en vast (wateroppervlak) is.

37


zijaanzicht

water

bodem

referentieniveau = bodem

referentieniveau = wateroppervlak

= meetpunt

= zoekgebied

= te interpoleren punt

Figuur 2: Vorm zoekgebied in verticale richting bij een variabel en vast referentieniveau.

De interpolatie wordt uitgevoerd met behulp van de in bijlage A beschreven Inverse Distance Weight methode (IDW) met 8 meetpunten. Deze punten zijn verdeeld over 8 octanten die rond het te interpoleren punt liggen (zie figuur 3). In ieder octant wordt 1 punt geselecteerd. Dit punt heeft van alle waarnemingen in dat octant de kleinste (getransformeerde) afstand tot het te interpoleren punt.

Figuur 3: Ligging octanten rond het te interpoleren punt.

38


Als er bij de interpolatie (die gebruik maakt van afstanden) ook nog rekening gehouden moet worden met de afhankelijkheid van de waarneming in de verschillende richtingen, dan kunnen de absolute afstanden van elk punt tot het te interpoleren punt relatief gemaakt worden tot de opgegeven afmetingen van het zoekgebied. De afmetingen van het zoekgebied worden bepaald door de opgegeven maximale zoekafstanden in de verschillende richtingen. Deze zoekafstanden, die meestal in iedere richting anders zijn, kunnen bijvoorbeeld met autocorrelatie bepaald worden. Met autocorrelatie kan immers de afstand bepaald worden, waarbij waarnemingen nog net afhankelijk van elkaar zijn. In figuur 4 is een voorbeeld gegeven hoe de afstanden in lengte-, breedte- en diepte- richting (dy, dx en dz) relatief gemaakt worden (dy’, dx’, en dz’) tot de opgegeven maximale zoekafstanden in de verschillende richtingen.

max. zoekafstand in breedte- richting (bv 25 meter)

maximale zoekafstand in diepte- richting (bv 1 meter)

als dy =100m, dx = 0m, dz = 0.50 dan is: dy’ = 100/200 * 100% = 50%, dx’ = 0/25 * 100% = 0% dz’ = 0.50/1 * 100% = 50%

als dy = 200m, dx = 12.5m, dz = -0.50m, dan is: dy’ = 200/200 * 100% = 100% dx’ = 12.5/25 * 100% = 50% dz’ = -0.50/1 * 100% = -50%

max. zoekafstand in lengterichting (bv 200 meter)

te interpoleren punt (xp, yp ,zp) meetpunt (x1, y1, z1, ci) meetpunt (x5, y5, z5, c5) Figuur 4: Voorbeeld met twee octanten, maximale zoekafstanden, meetpunten en relatieve afstanden.

39


40


Bijlage 3 Uitleg figuren

............................................................................... Met behulp van onderstaande figuren zal stap voor stap de weergave van de figuren in de volgende bijlagen worden uitgelegd. Het betreffen diepte-, lengte- en breedte profielen van de geïnterpoleerde meetdata.

In de figuur hiernaast is een diepte profiel weergegeven van een gevaren track op 19 oktober, waarvan de meetdata geïnterpoleerd is met het programma SURFIS3D. De figuur geeft de geïnterpoleerde waarden weer van de gevaren tracks in het meetgebied op een hoogte van –3 meter. Op elke willekeurige hoogte kan een overzicht van de geïnterpoleerde meetwaarden verkregen worden, mits er waarden gemeten konden worden. In de navolgende bijlagen is ervoor gekozen om telkens een figuur weer te geven van diepte –3 en –12 meter. –3 meter is de minimale diepte waarop de geïnterpoleerde data beschikbaar is en de zwevend stofconcentraties gemeten boven in het profiel zijn voor belang in verband met de inlaten van de natuurvriendelijke oevers. Voor -12 meter is gekozen omdat dit onder in het profiel is waar relatief hogere concentraties gemeten worden.

A

D C

B

Figuur b3.1: diepteprofiel op diepte –3 meter.

A

B

Fig b3.3

Fig b3.1

Figuur b3.2: lengteprofiel op ongeveer 126 meter van de noordzijde van het NZK.

41

In figuur b3.2 is de geïnterpoleerde data weergegeven over een lengteraai van het meetprofiel op ongeveer 126 meter vanaf de noordzijde van het Noordzeekanaal. In het bovenschrift van de figuur staat langprofiel 45%, het nzk is ongeveer 280 meter breed en 45% hiervan is 126 meter. In figuur b4.1 is te zien dat er stippellijnen over het diepteprofiel lopen. Deze zijn te verduidelijking van de langs- en breedte profielen. De lijn A-B geeft de doorsnede van figuur b3.2 weer. In figuur b3.2 zijn ook 2 lijnen ingetekend. De horizontale lijn geeft aan welke weergave van het profiel in figuur b3.1 opgenomen is, een diepteprofiel op –3 meter. De verticale lijn geeft weer welk profiel in figuur b3.3 is weergegeven, een breedte profiel op 3300 meter.


C

Fig b3.2

D Fig b3.1

In figuur b3.3 is een dwarsprofiel weergegeven van geïnterpoleerde meetdata. Boven aan de figuur staat dwarsprofiel 3300 meter, dit komt overeen met kilometerraai 6.1 (kilometerraai 2,86 komt overeen met dwarsprofiel op 1 meter). Ook in deze figuur zijn lijnen opgenomen die de situering van de vorige twee profielen weergeven. In figuur b3.1 is de situering van figuur b3.3 aangegeven met de letter c-d.

Figuur b3.3: breedteprofiel van kilometerraai 6.1.

42


Bijlage 4 Vertroebeling baggerwerkzaamheden 19 oktober

...............................................................................

Bijlage 4a: Overzicht troebelheid net na vertrek sleephopperzuiger 6:25 – 6:50 uur. In bijlage 3 staat uitgelegd hoe de figuren gelezen dienen te worden.

Figuur B4a.1: Diepteprofiel op diepte –3 meter.


Figuur B4a.3: Lengteprofiel op ongeveer 125 meter vanaf de

Figuur B4a.4: Breedteprofiel rond kilometerraai 6.1 (3300 meter,

noordzijde, zie figuur B4a.1.

zie figuur B3a.1).

43


Bijlage 4b: overzicht troebelheid 50 minuten na vertrek shz 6:50 – 7:07 uur

Figuur B4b.2: Diepteprofiel op diepte –12 meter.


Figuur B4b.3: Lengteprofiel op ongeveer 125 meter vanaf de

Figuur B4b.4: Breedteprofiel rond kilometerraai 6.1.

noordzijde van het kanaal.

44


Bijlage 4c: overzicht troebelheid ruim 2 uur na vertrek shz 8:39 – 9:09 uur

Figuur B4c.1: Diepteprofiel op diepte –3 meter.

Figuur B4c.2: Diepteprofiel op diepte –12 meter.

Figuur B4c.3: Lengteprofiel op ongeveer 125 meter vanaf de

Figuur B4c.4: Breedteprofiel rond kilometerraai 6.1.


45


46


Bijlage 5 Vertroebeling baggerwerkzaamheden 20 oktober

...............................................................................

Bijlage 5a: vertroebeling net na vertrek sleephopperzuiger 8:21 – 9:52




Figuur B5a.4: Breedteprofiel rond kilometerraai 6.2.


47


Bijlage 5b: vertroebeling anderhalf uur na vertrek sleephopperzuiger 9:53 – 10:42

9:53

10:18

10:42

uur

uur

uur

Figuur B5b: Profiel van gevaren raai van kilometerraai 6,5 tot kilometerraai 3.

Bijlage 5c: vertroebeling drie uur na vertrek sleephopperzuiger 11:43 – 12:09

11:43

11:56

uur

uur

12:09 uur

Figuur B5c: Profiel van gevaren raai van kilometerraai 6,5 tot kilometerraai 3.

48


Bijlage 6 Vertroebeling diepstekend schip 21 oktober

...............................................................................

Bijlage 6a: Vertroebeling tussen de 0 tot 30 minuten na passage diepstekend schip



Dw arsprofiel 4050.00 m ± 2.00 m

Langsprofiel 60.00 % ± 1.00 % 0

-5

-5

→ Diepte (m)

→ Diepte (m)

0

-10

-10

-15

-15 3950

4000

4050

4100

0

4150

10

20

30

40

0

50

50

60

70

80

90

100

→ Relatiev e breedte (%)


100

150

0

50

100 → Parameter (eenheid)



Figuur B6a.4: Breedteprofiel rond kilometerraai 6.8.


49


150

Bijlage 6b: Vertroebeling tussen de 30 tot 60 minuten na passage diepstekend schip



Langsprofiel 55.00 % ± 1.00 %

Dw arsprofiel 4050.00 m ± 1.00 m 0

-5

-5

→ Diepte (m)

→ Diepte (m)

0

-10

-10

-15

-15 3950

4000

4050

4100

4150

0

10

20

30

40


0

50

50

60

70

80

90

100

→ Relatiev e breedte (%)

100

150


0

50

100 → Parameter (eenheid)

Figuur B6b.3: Lengteprofiel op ongeveer 155 meter vanaf de

Figuur B6b.4: Breedteprofiel rond kilometerraai 6.8.


50


150

Dit rapport is te bestellen € 12,50 per stuk bij Cabri Mailservice, Postbus 431, 8200 AK Lelystad, Tel. 0320-285333, Fax. 0320-285311, E-mail [email protected] Betaling na levering; een acceptgiro wordt bijgevoegd. Het rapport is gratis voor dienstonderdelen van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat. This publication can be ordered at € 12,50 per copy through Cabri Mailservice, PO Box 431, 8200 AK Lelystad, The Netherlands, Tel. +31 320 285333, Fax, +31 320 285311, E-mail [email protected] Payment on delivery.

Vertroebeling tijdens en na baggeren met sleephopperzuiger in het Noordzeekanaal. RIZA rapport

Recommend Documents