Ecobeach Workshop 2009

Ecobeach Workshop 2009 “Het wetenschappelijk onderzoekstraject”

Hugo Ekkelenkamp v. 31 maart 2011

“Het wetenschappelijk onderzoekstraject”

1

Inleiding

Ecobeach is een pilot van Rijkswaterstaat en BAM Civiel om op een innovatieve manier de kust te verdedigen. Door toepassing van passief drainerende buizen wordt geprobeerd aanzanding van het strand te bevorderen. De Ecobeach pilot is gestart in 2006. Om de effectiviteit en de werking van innovatie te kunnen beoordelen is er de afgelopen jaren veel gemeten en is gedurende deze zomer gericht locatieonderzoek uitgevoerd. In de komende maanden komen de morfologische gegevens van een volgende jaarreeks en de resultaten van het onderzoek beschikbaar. Tijd dus om de tussenbalans op te maken en te kijken waar we staan. De toepassing van de innovatie is niet onomstreden. Reden daarvoor is vooral dat de werking van de buizen vooralsnog niet wetenschappelijk is onderbouwd. De eerste stap naar zo’n onderbouwing werd gezet tijdens de workshop op 10 september 2008 in Zoetermeer. Tijdens deze workshop werd een aantal waarschijnlijke werkingsmechanismen gedefinieerd en zijn voorstellen gedaan voor aanvullende metingen. De workshop van 7 december jl. was het vervolg en de opmaat voor een afsluitende workshop in 2010 waarbij de eindbalans wordt opgemaakt. Op de workshop van 7 december hebben we, op basis van de gegevens tot nu toe, samen met de deelnemende vakmensen een volgende stap weten te zetten naar een wetenschappelijke onderbouwing voor werking van de innovatie. Dit verslag dient ter samenvatting van de workshop die op 7 december 2009 is gehouden. Er zijn drie inleidende presentaties gehouden over de samenwerking binnen de pilot Ecobeach, de resultaten vanuit Deltares en tot slot een presentatie over drie afstudeerwerken van studenten van de TU Delft en de Vrije Universiteit Amsterdam. Vervolgens is er een discussie op gang gebracht met als doel de vijf verschillende werkingsmechanismen te onderzoeken op een plausibele werking en de morfologische en geohydrologische invloed.

1.1

Doelen van de workshop

Het doel van de workshop op was te convergeren tot een geaccepteerde mogelijke werking van de verticale drainagebuizen om aanzanding van het strand te bevorderen. Op basis van de laatste meetgegevens en resultaten uit locatiegericht onderzoek werd geprobeerd het aantal hypothetische werkingsmechanismen te reduceren naar een acceptabel aantal bijvoorbeeld door groepering. Voor elk werkingsmechanisme diende te worden aangegeven in hoeverre deze ondersteund wordt door de beschikbare informatie en welke informatie mist om een eindoordeel te vellen. Zo bestond er de mogelijkheid een hypothese te verwerpen of te accepteren. Het inhoudelijke doel van de workshop was;

Deelnemers te informeren over de voortgang van de Ecobeach pilot

Het onthullen van de beschikbare meetresultaten en modellen

Discussiëren over het tot stand komen van de data

Beoordelen van de werkingsmechanismen op basis van bestaande vakkennis

Interactieve discussie om gedachten van andere deelnemers te valideren

De procesdoelen van de workshop zijn;

Opbouw vertrouwen in de rollen van BAM, Rijkswaterstaat en Deltares

Opbouw vertrouwen in samenwerking tussen betrokken partijen

Verbreding van wetenschappelijk draagvlak voor een potentieel kansrijke innovatie

Open communicatie

Ecobeach Workshop 2009

Inleiding

Pagina 2


1.2

Programma van de workshop

Programmapunt Welkomstwoord door de dagvoorzitter

Ad van ‘t Zelfde

Inhoudelijke toelichting Ecobeach, model van Deltares

Kees van Ruiten

Wetenschappelijk onderzoek Ecobeach

Jelle-Jan Pieterse, Hugo Ekkelenkamp, Pieter Pauw

Plenaire discussie over onderzoeksresultaten Groepsdiscussies over de werkingsmechanismen Bespreken van de resultaten uit de afzonderlijke groepen

Kees van Ruiten, Evelien van Eijsbergen, Hugo Ekkelenkamp

Synthese + Reflexie + Afspraken en afsluiting workshop

Ad van ‘t Zelfde

1.3

Aanwezige deelnemers

Deelnemer

Bedrijf

Bram Bakker

De Ruiter Boringen en Bemalingen

Evelien van Eijsbergen

RWS Waterdienst

Koos Groen

VU Amsterdam

Michel Groen

VU Amsterdam

Vincent Post

VU Amsterdam

Pieter Pauw

VU Amsterdam

Marcel Stive

TU Delft

Theo Olsthoorn

TU Delft

Sierd de Vries

TU Delft

Hugo Ekkelenkamp

TU Delft

Jelle-Jan Pieterse

TU Delft

Sietsche Eppinga

BAM Civiel

Ad van ‘t Zelfde

BAM Infraconsult

Bas Reedijk

BAM Infraconsult

Meindert Van

Deltares (GeoDelft)

Anton Gerritsen

Deltares

Kees van Ruiten

Deltares


Inleiding

Pagina 3


Inhoud

1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

INLEIDING

2

DOELEN VAN DE WORKSHOP PROGRAMMA VAN DE WORKSHOP AANWEZIGE DEELNEMERS

2 3 3

PRESENTATIES

5

INHOUDELIJKE TOELICHTING ECOBEACH, MODEL VAN DELTARES WETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK ECOBEACH

6 9

DE WERKINGSMECHANISMEN

16

RICHTLIJNEN VOOR DE GROEPSDISCUSSIES BETERE GELEIDING VAN DE DRUK DEMPING VAN DE DRUK DOOR OPGESLOTEN LUCHT ONTLUCHTING VAN HET LUCHTPAKKET BETERE VERTIKALE DRAINAGE VERSTERKING VAN DE KWEL

16 17 18 19 20 22

Figuur 2-1

PEM techniek in Lonstrup (v.l.n.r. situatie vóór plaatsing, tijdens PEM’s ,na verwijdering) __ 5

Figuur 3-1

Overzicht werkingsmechanismen _______________________________________________ 16

Figuur 3-2

Sediment transport processen tijdens getij cyclus___________________________________ 20

Figuur 3-3

Kracht op korrels en transporten door lagen _______________________________________ 21

Figuur 3-4

Conceptuele model grondwaterstroming (L) en situatie in Egmond aan Zee (R)___________ 23

Figuur 3-5

Gradiënt veranderingen, opslagcapaciteit en verhang________________________________ 23


Inleiding

Pagina 4


2

Presentaties

De ochtend begon met een inleidende presentatie door Ad van’t Zelfde waaruit bleek hoe bijzonder het is dat we in Nederland een samenwerking hebben weten te realiseren tussen BAM, Rijkswaterstaat en Deltares. Na een succesvolle eerste workshop die in het teken stond van een brainstorm over mogelijke trajecten, had de tweede workshop als doel te convergeren tot onderbouwde werkingsmechanismen, die wetenschappelijke verdieping nodig hebben om tot een antwoord te komen op de vraag of Ecobeach werkt en op welke manier. De uitvinder Poul Jakobsen heeft met zijn bedrijf al op vele plekken in de wereld zijn systeem met PEM buizen toegepast met als doel de aanzanding van de kust te bevorderen op een passieve natuurlijke wijze, die qua kosten zeer aantrekkelijk is. Ondanks zijn succes wordt hij tot op de dag van vandaag tegenwerkt door partijen die niet geloven in zijn techniek. Inmiddels zijn er vele voorbeelden en foto’s (zie Figuur 2-1). beschikbaar waarop te zien is dat er aanzanding plaatsvindt. Veel wetenschappers bevestigen dat er aanzanding plaatsvindt, maar schrijven dit toe aan duingaten, suppleties, bars, zandgolven, stormeffecten, zomerprofielen en andere theoretische mogelijkheden.

Figuur 2-1

PEM techniek in Lonstrup (v.l.n.r. situatie vóór plaatsing, tijdens PEM’s ,na verwijdering)

Inmiddels loopt het Ecobeach testproject alweer ruim drie jaar en hebben we tal van data die ons iets zeggen over morfologische veranderingen. Nu is het zaak om een verklaring te vinden voor een mogelijke werking. Foto’s voor en na blijken in de praktijk niet voldoende om de werking te bewijzen. Een gedegen wetenschappelijke onderbouwing moet uitwijzen of de techniek werkt, hoeveel invloed deze uit kan oefenen en of er een optimalisatieslag gemaakt kan worden, die engineering van de techniek voor de toekomst mogelijk maakt. In Egmond aan Zee is het na goedkeuring van Rijkswaterstaat tot een pilot gekomen waarbij in eerste instantie voor een periode van drie jaar twee proefvakken zijn ingericht met een totale lengte van 6 kilometer. Binnen het noordelijke proefvak zijn inmiddels vele zandsuppleties gedaan. Het zuidelijk proefvak blijft ongestoord. De proef vormt een vruchtbare voedingsbodem voor het wetenschappelijk onderzoek dat mede in samenwerking met de TU Delft gerealiseerd wordt. Zo ontmoeten overheid, bedrijfsleven en onderwijs elkaar om deze innovatie een stap verder te helpen. De antwoorden liggen op grensgebieden van de wetenschap. Dit blijkt al uit de samenwerking tussen de Technische Universiteit Delft en de Vrije Universiteit van Amsterdam waarbij gezamenlijk onderzoek op locatie is gedaan. Onder het motto ‘Zien is nog niet geloven’ en met een gezonde portie wetenschappelijke nieuwsgierigheid is inmiddels het onderzoekstraject gestart. Het jaar 2010 wordt zeker een belangrijk jaar voor Ecobeach waarin praktijk en theorie elkaar zullen ontmoeten.


Presentaties

Pagina 5


2.1

Inhoudelijke toelichting Ecobeach, model van Deltares

Nadat de pilot Ecobeach en de samenwerking tussen de BAM, Rijkswaterstaat en Deltares was ingeleid, vervolgde spreker Kees van Ruiten de presentatieronde met een toelichting over het doel van de proef en de situatie zoals die nu in het testvak bij Egmond is. Daarna werd ingegaan op de analyse die door Deltares wordt verricht naar morfologische veranderingen die zijn gebaseerd op JARKUS data (de jaarlijkse kustmetingen) en DGPS data. Hierbij werd tevens ingegaan op de golfcondities in de afgelopen drie jaar.

De proef met PEM buizen in Egmond is bedoeld om door een praktijktest vast te stellen of de drainage buizen zoals die door Skage Innovation Center uit Denemarken worden toegepast kunnen zorgen voor morfologische veranderingen langs de Nederlandse kust. Mocht dit het geval zijn dan kan dit op een positieve manier bijdragen aan strandontwikkeling en recreatie. Daarnaast wordt aan de eisen omtrent de kustbescherming in Nederland tegemoed gekomen en zou er bij een positieve werking een kostenbesparing zijn op suppletiekosten die aanzienlijk zijn in Nederland.

Zandsuppleties die met regelmaat plaatsvinden langs de kust bij Egmond aan Zee worden als hinderlijk ervaren door ondernemers op strand en strandgebruikers. Velen van hen zijn regelmatig bezig zand te verplaatsen. Een nauwe samenwerking met lokale bestuurders en ondernemers zal zorgen voor beteringen en toepassing van Ecobeach.

Ecobeach is toegepast langs het strand bij Egmond aan Zee. In Egmond zijn in twee proefvakken van elk 3 km lang PEM buizen geïnstalleerd. Om de 100 m is een rij drains geplaatst met een onderlinge afstand van 10 m. De buizen zijn geplaatst vanaf de gemiddelde hoogwaterlijn tot ongeveer NAP -2 m. Ook is er een referentievak gekozen. De drains worden ook wel PEM’s (Pressure Equalization Modules) genoemd. De onderste meter is geperforeerd met horizontale gleufjes met een breedte van ongeveer 0.2 mm, terwijl de bovenste meter gesloten is. De dop bevat een filtertje, waardoor lucht kan stromen dat bij eventuele drukverschillen de pijpjes wil verlaten of binnengaan. Het geperforeerde deel van de pijpjes moet zich altijd onder het strandoppervlak bevinden. De korrels vormen hier een geometrisch filter, die deze afsluiten voor zandkorrels.


Presentaties

Pagina 6


Als de pijpjes met het geperforeerde deel boven het zand uitsteken, worden ze in no-time gevuld met zand. Het is echter de bedoeling dat de pijpjes zich geheel onder het zand bevinden, om te voorkomen dat strandgangers hun voeten kunnen stoten. Zodra de PEM’s gesignaleerd worden, spuit men ze dieper de grond in.

Deltares doet momenteel onderzoek naar de morfologische veranderingen ter plaatse van Ecobeach. Hiervoor wordt de JARKUS en de DGPS data (2 maandelijks) gebruikt. De JARKUS data wordt al sinds 1960 verzameld. Deze data wordt samen met de DGPS metingen door Deltares in een model gezet dat de natuurlijke variabiliteit van de kust in visualiseert en daarbij rekenkundig een indicatie kan geven van mogelijke trendbreuken.

De metingen geven een driedimensionaal beeld van de kustzone. Ook worden duidelijk de zandsuppleties (met name de oeversuppleties) waargenomen. Zo is ook vast te stellen waar bars zich bevinden en hoe deze zich verplaatsen.

Om het gedrag van de kust vast te stellen heeft men tevens de beschikking over ARGUS camera beelden die met een vast tijdsinterval foto’s maken van het strand. Er wordt een moment en een tijdsopname gemaakt. Op de tijdsopname (tweede foto) is duidelijk te zien waar de golven breken en waar de ondiepe delen en bars zich bevinden.


Presentaties

Pagina 7


Deltares is belast met de analyse van de data om zo uitspraken te kunnen doen over morfologische veranderingen van de kust ter plaatse van Ecobeach. Het doel is om dit te bepalen aan de hand van volumebepalingen, een statistisch model en een vergelijking met het referentie gebied te plaatse van Castricum aan Zee.

Het resultaat is een model dat vanaf 1960 wordt geijkt met de data en zo de natuurlijke variabiliteit van de kust visualiseert. Aan de hand van dit model kunnen voorspellingen gedaan worden en een eventuele werking van Ecobeach worden bevestigd. Hierbij werd opgemerkt dat een dergelijke uitspraak alleen gedaan kan worden als de testperiode van Ecobeach minimaal 10 jaar bedraagt. De oscillerende beweging van ongeveer 15 jaar duidt op de ontwikkeling van bars voor de kust.

Tot slot werd ingegaan op de golfcondities die gemeten zijn over de afgelopen drie jaar. Deze dia toonde de gemeten golfhoogten in de afgelopen jaren. Vaststaat dat er alleen in 2007 een zware storm heeft plaatsgehad. We waren de golfcondities in 2008 zeker ruig te noemen. De data wijst uit dat de kustlijn wel op deze storm gereageerd heeft, maar niet zo sterk als men zou verwachten op basis van de periode voor Ecobeach. Dit lijkt te duiden op een robuuster strand met een minder variabel kustprofiel.

Een belangrijk feit waarmee de presentatie werd beëindigd betrof de variatie tussen het zomer en winterprofiel. Deltares heeft vastgesteld dat het verschil tussen het zomer en winterprofiel na de plaatsing van Ecobeach minimaal is in vergelijking met de periode voor Ecobeach. Dit duidt op een robuuster strand, dat beter bestand is tegen storminvloeden.


Presentaties

Pagina 8


2.2

Wetenschappelijk onderzoek Ecobeach

Het afgelopen jaar is er intensief onderzoek gedaan naar de mogelijke werking van Ecobeach. Dit onderzoek mag wereldwijd gezien worden als de eerste wetenschappelijke benadering. Met trots werd gedurende deze workshop bevestigd dat wij in Nederland een voorbeeldfunctie hebben door op een nieuwsgierige wijze onderzoek te doen zonder door vooroordelen de techniek op voorhand af te schrijven. Onder de titel “Het wetenschappelijke onderzoekstraject” zijn op dit moment de resultaten van drie studenten bijeen gebracht om inzicht te geven in mechanismen en effecten. Bij het onderzoek van een dergelijk praktische techniek is het gepast om naast modellen en simulaties daadwerkelijk metingen te doen in het veld. Dit belang is onderstreept door het feit dat Jelle-Jan Pieterse, Hugo Ekkelenkamp en Pieter Pauw in hun laarzen en met opgestroopte mouwen daadwerkelijk PEM buizen hebben geplaatst nabij het Ecobeach testvak. Door middel van divers (hun meetapparatuur) wisten zij in kaart te brengen hoe de waterdrukken, waterstanden, korreldiameters en geohydrologische grondwaterstromingen fluctueerden. Zij hebben hun bevindingen aan de deelnemers gepresenteerd door middel van een presentatie, waarbij elkaar opvolgend tekst en uitleg gaven over de resultaten van het onderzoek.

De presentatie werd ingeleid door Jelle Jan, die aangaf dat deze presentatie tot doel had op een korte maar bondige wijze de resultaten uit de doeken te doen. Vanaf 2008 wordt er al onderzoek gedaan en met name gedurende 2009 hebben wezenlijke veldonderzoek plaatsgehad waarvan nu grotendeels de resultaten bekend zijn. Drie richtlijnen van dit onderzoek zijn de drukvariaties,schommelingen in temperatuur, de grondwater situatie, stromingsregimes en korrelverdelingen.

De sprekers presenteerden hun bevindingen naar aanleiding van het onderzoek in het kader van hun master. Jelle-Jan en Hugo voor de TU Delft en Pieter voor de Vrije Universiteit Amsterdam. Juist de combinatie van deze universiteiten, de docenten en vele kennis over geohydraulica en kustmorfologie maken deze samenwerking tot een interessante en kansrijke insteek om de zoektocht te beginnen naar een werkingsmechanisme. Nu al blijken vele datasets en bevindingen enorm nuttig voor ander onderzoek binnen de vakgebieden.

Gesproken werd over de swash zone, die zich bevindt tussen de hoogwater- en laagwaterlijn. Dit gebied is de meest dynamische zone, waar werkingsmechanismen naar verwachting de grootste effecten kunnen hebben. De grondwaterstand betreft een circulatie van water onder het strandoppervlak. Er is een infiltratie en een exfiltratie gebied. Het exfiltratie gebied bevindt zich bij de laagwaterlijn en wordt gekenmerkt door kwel.


Presentaties

Pagina 9


Het sedimenttransport wordt bepaald door de grenslaag, die zich langs het strandoppervlak bevindt. Door infiltratie en exfiltratie veranderen de vertikale krachten op de korrels. De sedimenttransporten zijn onder andere enorm afhankelijk van het filtratie proces. Een opgaande stroming is turbulent en een terugtrekkende stroom van zeewater is laminair. Dit heeft invloed op het sedimenttype dat wordt meegevoerd.

Er werden wat foto’s getoond om een idee te geven van de opzet van het veldwerk onderzoek. De PEM buizen zijn onder het strandoppervlak geplaatst. Na een storm de eerst volgende nacht is er dermate veel zand weggeslagen dat de bovenzijde van de buizen bloot kwam te staan. De divers (rechtsboven) maten de temperatuur, zoutgraat en de druk. De intervallen werden vooraf ingesteld en waren afhankelijk van de meetperiode en de geheugencapaciteit.

De hoogfrequente golven zijn gemeten en vastgesteld is hoe zij zich door het strandpakket hebben voortgeplant. Aan de hand van de golfenergie is af te leiden in hoeverre er verschillen zijn tussen een locatie bij een PEM en op een afstand vanaf de buis. De hoogfrequente drukvariaties zijn het gevolg van windgolven van 50 tot 60 centimeter. Er is geen horizontaal transport door de bodem vastgesteld.

Op deze sheet waren de drukvariaties op een langere tijdsschaal te zien waarbij er verschillen werden getoond tussen de LW lijn bovengronds, LW lijn 1 meter diep en de HW lijn op een diepte van 1,40 meter. Vastgesteld is dat de buizen zich snel vullen en langzaam draineren. Tevens zijn de verschillen niet overtuigend en vallen binnen de onnauwkeurigheid van de meetapparatuur.


Presentaties

Pagina 10


De druk is het getij plus de golven. De grafiek laat zien dat de meting bij laagwater zoeter is wat kan duiden op kwel. Er zijn daar kleine verschillen waargenomen in temperatuur en geleidbaarheid. Deze bleek lager bij laagwater.

Hier werd een meting getoond van bijna drie dagen Daarbij is er ter plaatse van de laagwaterlijn gekeken is naar de drukvariaties bij een PEM en op 5 meter afstand van dezelfde PEM. Hierbij werd vastgesteld dat de drukvariaties het getij volgden en er geen verschil was tussen de metingen in de buurt van de PEM en op de afstandsmeting.

De resultaten van de metingen ter plaatse van de hoogwaterlijn met een tijdsduur van bijna twee dagen laten een overeenkomend beeld zien waarbij het patroon hetzelfde is. Verschil in drukhoogte komt doordat de diver dieper in de grond zat. De getijdenbeweging zoals die op de vorige dia was waar te nemen is dit keer niet zichtbaar omdat de diver t.p.v. niet altijd volledig onder water kwam te staan.

Deze sheet bleek uiterst interessant voor discussie, gezien het feit dat er aanzienlijke verschillen waarneembaar zijn in temperatuursverloop. Zo geeft de zwarte lijn de temperatuur in de PEM weer. Deze varieert sterk en lijkt vol te zitten met warmer kwelwater. Dit onderstreept het kanaliseren van kwel. De pieken in de grafieken volgen de pieken in het getij hetgeen betekent dat de stroming door de PEM het sterkste is tijdens vloed.


Presentaties

Pagina 11


Deze sheet bleek tevens interessant gezien het feit dat er een onderdruk is waargenomen binnenin de PEM. Er is een meting verricht 15 centimeter onder de bovenkant van de PEM. Deze drukmeting wordt vergeleken met de hydrostatische druk boven het water. De druk loopt in eerste instantie gelijk op met de vloedbeweging. Wat opvalt is de daling van de druk tijdens de ebbeweging. Er wordt namelijk een onderdruk in de bovenzijde van de PEM gecreëerd nadat het al eb geworden is. Dit herstelt zich abrupt na een periode van 1,5 uur.

Hugo vervolgde de presentatie door in te gaan op de korrelgrootte langs het proefvak Ecobeach. Aanleiding voor zijn onderzoek zijn resultaten van een vergelijkbaar onderzoek, dat samen met JelleJan in september is gedaan. De resultaten op de dia tonen een significant verschil in korreldiameter ter plaatse van Ecobeach.

In November 2009 is een uitgebreide bemonstering gedaan over een lengte van 21 kilometer tussen IJmuiden en Bergen aan Zee. Hierbij zijn zandmonsters genomen uit een diepte van 30 centimeter en zijn deze vervolgens geanalyseerd in een laboratorium. Tevens zijn er vakmetingen rondom PEM’s gedaan om te onderzoeken of de korreldiameter rondom een PEM buis varieert.

De metingen zijn gedaan ter plaatse van het gemiddelde waterniveau. Controle van deze locatie is gedaan doormiddel van GPS plaatsbepaling. Dit is van belang omdat een meting kris kras over het strand door verschillende zandtypen zou gaan vanwege de natuurlijke sortering op het strand. Het volgen van de middenwaterlijn positie is dus zeer belangrijk.


Presentaties

Pagina 12


Deze dia toonde de D10 korrelverdeling. Hierbij is duidelijk een piek waar de nemen ter plaatse van de PEM’s. Daarnaast is te zien dat links hiervan (ten zuiden, IJmuiden) de natuurlijke variabiliteit schommelt tussen waarden van 190 en 230 micrometer. Het rechter deel van de grafiek (ten noorden, Bergen aan Zee) toont een vrij uniforme verdeling hetgeen valt af te leiden uit gesuppleerd zand.

Tevens werd de D50 korrelverdeling getoond, waarbij eenzelfde grafiek verloop te zien was. Ter plaatse van Ecobeach blijkt de gemiddelde D50 waarde 425 micrometer te zijn.

De verdeling van de grove korrelfractie gaf eenzelfde verloop waarbij de natuurlijke variabiliteit grotere variaties toonde. Dit zou te maken kunnen hebben met schelpfracties. Verder onderzoek dat al gepland stond zou moeten uitwijzen wat de invloed van schelpen is.

Tot slot werd een dia getoond waarop de procentuele verdeling van de drie verschillende korrelfracties (fijn, middel, grof) in een grafiek getoond werden. Hieruit bleek dat ter plaatse van Ecobeach de fijne fractie plaats maakte voor de grove fractie. Tevens bleek aan de rechter zijde een correcte weerspiegeling van gesuppleerd zand te zijn afgebeeld.


Presentaties

Pagina 13


Het laatste deel van de presentatie ging over de meting van de grondwaterstroming op het strand in Egmond en werd verzorgd door Pieter. Allereerst werd middels deze dia een concept besproken dat de grondwaterstroming in het strand beschrijft. Zijn onderzoek richtte zich op het in kaart brengen van de geohydrologische gesteldheid van het strand. Op deze dia werd een conceptueel model getoond dat inzage geeft in de zoet water stroom vanuit de duinen en zoutwater indringing bij de zeebodem en bij de hoogwaterlijn, zoals algemeen geaccepteerd in de geohydrologie. Duidelijk is te zien dat zoet water als kwel nabij de laagwaterlijn omhoog stroomt. Het onderzoeksdoel is om te kijken of een dergelijk model ook de situatie in Egmond weergeeft, waarbij geldt dat de instroom vanuit het achterland gelijk moet zijn aan de kwel. Er volgde een korte toelichting van de methode waarop de veldmetingen zijn gedaan door middel van divers die in de bodem op een diepte van 1,5 meter zijn aangebracht. Tijdens het monitoren in Egmond is het elektrisch geleidingsvermogen EC gemeten, de temperatuur en de grondwaterstand. De meetperiode bedroeg in totaal 12 dagen.

Op de dia is een grafiek afgebeeld die de grondwaterstanden weergeeft ten opzichte van de laagwaterlijn. Wat direct opvalt is het asymmetrische verloop van het patroon. Hieruit is af te leiden dat het strand sneller vult dan dat het draineert. Tevens zijn variabele weersomstandigheden waar te nemen aan de hand van de locatie van de lijnen. Zo laat de rechter zijde (3 september tot 5 september) duidelijk een stormpatroon zien met verhoogde waterstanden en springtij.

Uit deze grafiek blijkt dat ter plaatse van de laagwaterlijn en de middenwaterlijn er weinig fluctuaties in zoutgraad zijn en er sprake is van een vrijwel constant zoutgehalte van 45 mS/cm. Ter plaatse van de hoogwaterlijn zijn de fluctuaties echter groot te noemen. Dit is het gevolg van een ontmoeting tussen zout en zoet water vanuit het achterland, dat daar het begin van de circulatiestroming treft.


Presentaties

Pagina 14


De temperatuur van het zeewater is afhankelijk van de periode in het jaar. Zo begint het water rond maart op te warmen tot een maximale temperatuur van 20 graden om vervolgens vanaf augustus af te koelen. Deze data is van belang bij het onderzoek naar de stroming van kwel en grondwater. Aangezien het onderzoek in augustus- september is uitgevoerd wordt in deze grafiek ingezoomd op dat gebied. Hierbij is er dus sprake van een temperatuursdaling.

De temperatuur van het grondwater wordt vastgesteld met behulp van de geplaatste divers. De blauwe lijn geeft het verloop van de temperatuur bij de laagwaterlijn weer. Tijdens rustige weersomstandigheden is duidelijk een patroon waar te nemen. Als dit over het getijdenpatroon gelegd wordt blijkt dat een piekje in deze lijn samenvalt met vloed en een dal met eb. De conclusie hieruit is dat tijdens eb koud water langs de diver (meetpunt) stroomt. Dit is kwel. Dit water is kouder (verschil tussen begin rood/zwart en blauwe lijn) omdat het opgeslagen water betreft. Het concept, zoals besproken, komt in dit geval bij eb goed overeen met Egmond aan Zee. In het algemeen blijkt de kwel nabij de laagwaterlijn overwegend zout water te zijn. Het model in Egmond aan Zee (Ecobeach) wordt toegelicht aan de hand van deze dia. Hierop is een weergave te zien van wederom de dwarsdoorsnede van het strand. Als dit beeld vergeleken wordt met het concept van de grondwaterstroming dan valt op dat hier de kwel niet is geconcentreerd bij de laagwaterlijn. De zoetwater tong hier met rood weergegeven loopt door onder het inter-getijden gebied. Dit is een opmerkelijke bevinding tijdens het onderzoek waaruit blijkt dat het strand bij Egmond een ander grondwaterstromingspatroon kent.

Als verder wordt uitgezoomed wordt duidelijk hoe het werkelijke stromingspatroon verloopt. Onder het strandoppervlak op een diepte van ongeveer 18 meter is een slecht doorlatende kleilaag van ongeveer 15 cm te vinden, die de kwelstroming verspert. Er moet echter blijven gelden dat instroom vanuit de duinen gelijk moet zijn aan uitstroom van water middels kwel. Deze uitstroom blijkt geleidelijk te gaan en reikt tot ver zeewaarts aan het zandoppervlak. Uit het model blijkt zelfs een afstand van 1,5 kilometer! Hierbij valt het strand in het niet. Dé vraag tijdens de discussie is of de PEM’s door de kleilaag zijn geplaatst. Bij een PEM van 4,5 meter is dit niet het geval.


Presentaties

Pagina 15


3

De werkingsmechanismen

Tijdens het wetenschappelijke onderzoek naar een mogelijke werking van Ecobeach zijn er een vijftal werkingsmechanismen geformuleerd. Figuur 3-1 toont deze mechanismen, ook wel de hypothesen genoemd. De mechanismen hebben betrekking op het transport van de druk(variaties) (hypothese 1 en 2), de lucht (hypothese 3) en water (hypothese 4 en 5). Tijdens de discussie bleek er een sterke onderlinge relatie te bestaan tussen deze verschillende werkingsmechanismen.

Figuur 3-1

3.1

Overzicht werkingsmechanismen

Richtlijnen voor de groepsdiscussies

Aan de hand van dit schema wordt per werkingsmechanisme de uitkomst van de groepsdiscussie beschreven. Gegeven de resultaten van het voorafgaande wetenschappelijk onderzoek is er over verschillende aspecten gediscussieerd. Als leidraad zijn enkele kernvragen gehanteerd die tot doel hebben te convergeren tot een focus op het meest waarschijnlijke mechanisme, om vervolgens richting te geven aan verder onderzoek:

Kan het mechanisme optreden

Op welke schaal zijn effecten te verwachten

Zijn de invloeden lokaal of over het gehele strand merkbaar

Hebben de buizen invloed op bestaande kust- en geohydrologische processen

Is een combinatie van werkingsmechanismen mogelijk

Hoe zou een positief effect versterkt kunnen door verbetering van de techniek

Welke toekomstige tests zijn nodig



Pagina 16


3.2

Betere geleiding van de druk

Hypothese, oorzaak en gevolg

mechanisme 1 Argumenten voor

Doordat het strand grover is geworden is de doorlaatbaarheid toegenomen. Als door een meer open structuur er meer drukvariaties in de bodem optreden kan dit leiden tot een sterkere pakking en daarbij een steiler talud. Het is mogelijk dat er een heel klein tijdsverschil optreedt. Wel is het nodig om met hele nauwkeurige meetapparatuur dit vast te stellen. De invloed van deze kleine verschillen kunnen een ‘trigger’ zijn voor structuurveranderingen van het zandpakket. Korrels hebben een elastisch gedrag. Zodoende kan er een verschil ontstaan tussen de korrels en het gedrag van het water in de PEM. De vastgestelde grovere korrels kunnen zorgen voor een betere geleiding van de verschillende drukken in het zandpakket.

Argumenten tegen

Vastgesteld is dat de toename van drukvariaties bij een PEM in vergelijking met omliggende referentie metingen niet zijn waargenomen. Dit duidt erop dat er geen oorzaak-gevolg relatie is vast te stellen en de grootte van de drukvariaties sterk in twijfel wordt getrokken. Er zijn hoogfrequente metingen gedaan om de drukken te registreren. Deze tonen geen drukverschil aan. Omdat de verschillen in het overdragen van drukken tussen korrels (zand) en water enorm klein zijn zullen ook de drukverschillen enorm klein zijn. Er is hier sprake van een kilometer schaal tijdens metingen. Effecten zijn zeer lokaal. De korrelspanningen zullen vrijwel niet variëren, want de drukvariaties worden opgenomen door het wateroppervlak. Een stijgende waterstand zal niet zorgen voor een toename van de korrelspanning. Er is sprake van een hydrostatische situatie.

Suggesties

Er is nog niet een eenduidig beeld van effect op grotere tijdsschaal. Daarom zijn laag frequente metingen nodig om de invloed op grotere schaal te onderzoeken. Nagaan of de druk precies parallel loopt. De snelheid bepalen en kijken of dit even snel gaat. Een som maken waarbij uitgerekend wordt met welke snelheid de druk zich voortplant in het zandpakket. Hierbij onderscheid maken tussen droog en nat zand en opgeslagen lucht.



Pagina 17


Meten of en hoeveel lucht er in de bodem is opgeslagen en waar het zich bevindt. Het meten van de pakking kan duiden op een veranderende druk. Er zou een penetratietest gedaan moeten worden om mogelijke pakkingverschillen vast te stellen. Het is van belang onderscheid te maken tussen korte en lange golven. Nu is er met name gekeken naar invloeden en effecten van korte golven. Lange golven zijn zeker zo interessant om te onderzoeken. Met name opkomend water is van invloed. Onderzoeken of de PEM alleen werkt bij gemiddelde waarden of dat de PEM juist veranderingen laat zien bij extreme waarden. Het onderzoek herhalen met nauwkeurigere meetapparatuur

3.3

Demping van de druk door opgesloten lucht



Bij de hoogwaterlijn wordt dit werkingsmechanisme mogelijk geacht omdat daar de verschillen in waterstand groter zijn en er de mogelijkheid bestaat voor de PEM zich significant met lucht te vullen. Bij aanwezigheid van lucht gaat het water stromen en dit kan leiden tot een samenhang met werkingsmechanisme en hypothese 4. Het betreft in deze een fysisch transport.

Argumenten tegen

Het is nog niet vastgesteld dat er lucht in de bovenzijde van de buis zit dat bij een mogelijk verstopt filter kan worden samengeperst. Er zijn waarschijnlijk geen momenten waarop er lucht in de buis kan komen in het geval van de PEM die zijn geïnstalleerd in de buurt van de laagwaterlijn. Tijdens het aanbrengen/instellen van de PEM zou het wel mogelijk kunnen zijn dat er lucht in de bovenzijde zit, maar dit zal een kortstondig effect hebben. Het mechanisme waarbij opgesloten lucht wordt samengeperst en fungeert als demper is maar een zeer lokaal effect wat om de 10 bij 100 meter zou kunnen optreden. Als het lokaal een effect zou hebben op de pakking of verplaatsing van water dan moet het inleidend mechanisme zijn wat bijvoorbeeld kan zorgen voor het uitspoelen van fijne korrels. Deze uitspoeling zal zich daarna moeten uitbreiden. Het is door de hoogfrequente metingen niet aangetoond dat de vertoonde onderdruk het gevolg is van lucht in de PEM. Daarbij is het niet duidelijk of dit het resultaat zou zijn van verstoppingen in de deksel van de PEM die normaliter als filter dient.



Pagina 18


Suggesties

De werking van het filter moet nog heel goed worden onderzocht. Het drainerende vermogen moet in kaart worden gebracht bij verschillende drukken. Daarnaast moet gekeken worden of het filter open dan wel gesloten is. Is zand in staat voor een verstopping van de buis te zorgen? Meten of er lucht in de bovenzijde PEM zit tijdens plaatsing, eb en vloed.

3.4

Ontluchting van het luchtpakket



Er zitten bijna altijd lucht/luchtbellen opgesloten in het zandpakket onder de grondwaterspiegel bij vloed. Een PEM zal altijd invloed hebben op dit luchtpakket mits contact gemaakt wordt met het filter. Dit werkingsmechanisme zal voornamelijk werken ter plaatse van de hoogwaterlijn. Vermoedelijk is de invloed van getij het grootst. Hierbij is het effect het sterkst bij een opkomend getij. Dit is echter a.d.h.v. de metingen nog niet te verifiëren.

Argumenten tegen

De lucht, die in het zandpakket zit opgesloten, bevindt zich een stuk hoger net onder de scheiding tussen water en zand. Als de buis en het onderste filter van de buis dieper in de grond zitten dan het luchtpakket is er geen interactie tussen de PEM en de opgesloten lucht. De metingen die zijn gedaan tonen een ontluchtingsmechanisme niet aan. De metingen die de onderdruk in de PEM zouden aantonen laten zien dat het filtertje in de dop wordt afgesloten door de capillaire werking. Dit betekent dat de ontluchting niet door dit filter plaats zou kunnen vinden. Verder is het de vraag in hoeverre de zandkorrels het kleine filtertje niet zullen verstoppen. Transport van lucht is zeer beperkt als zandkorrels de filteropening blokkeren.

Suggesties

Metingen doen met een dichte dop en deze resultaten vergelijken met de huidige metingen om te zien of er sprake is van een verschil dat duidt op wel of geen blokkering van het dopfilter. Nagaan hoe hoog of laag het luchtpakket zich precies bevindt. Onderzoeken of er sprake is van een verschil tussen hoogwater en laagwater. Het is de vraag of de processen uit Figuur 3-2 bij de hoogwaterlijn of de laagwaterlijn plaatsvinden.



Pagina 19


Figuur 3-2

3.5

Sediment transport processen tijdens getij cyclus

Betere vertikale drainage



Het vertikale transport van water door de PEM wordt bevestigd door de mechanismen die zijn beschreven en uitgebeeld in Figuur 3-3. Zal met name bij de hoogwaterlijn invloed hebben op de circulaties (infiltratie) Het effect van de PEM’s zal met name volgen uit de fysische verplaatsing van water. Dit zorgt in ieder geval voor een drainerend effect. Echter is nog niet de schaal waarop dit gebeurt en het invloedsgebied vast te stellen.



Pagina 20


Argumenten tegen

De resultaten van de metingen tonen geen relatie met het zandtransport De invloed is met name bij de laagwaterlijn van belang

Suggesties

Het is belangrijk te onderzoeken of er verschillen zijn tussen korte golven en lange golven. Bij korte golven wordt een dynamischer gedrag verwacht. Dit zorgt voor een andere situatie m.b.t. het sedimenttransport. Onderzoeken hoe de doorlaatbaarheid zich kan verspreiden als het invloedsgebied in eerste instantie enkele tientallen decimeters wordt verondersteld. Het effect van onderdruk (capillaire zone) op infiltratie is nodig voor het doorbreken van het filter. Bij het zuigen aan een onverzadigde zone zal er plotseling een doorslag plaatsvinden (ongeveer bij 30 centimeter). Dit betekent dat de deksel moet doorbreken. Metingen van de grootten van de korrels moeten worden gecorreleerd aan de hellingen/gradiënten van het strand. Het systeem dat dit werkingsmechanisme betreft is erg vertikaal gericht. De grondwaterstromen die het systeem zouden moeten beïnvloeden hebben ook een belangrijke horizontale component. Deze zorgt immers voor een circulatiestroming onder het strand. Het is daarom van belang onderzoek te doen naar de diepte onder het strandoppervlak waar de circulatiestroming plaatsvindt. De circulatiestroming zowel in Nederland als in Denemarken in kaart brengen en de resultaten goed met elkaar vergelijken. Wellicht dat bodemgelaagdheid een grote rol speelt hierin. Hierbij kan verwezen worden naar Figuur 3-4.

Figuur 3-3


Kracht op korrels en transporten door lagen


Pagina 21


3.6

Versterking van de kwel



Dit mechanisme heeft een sterke invloed op exfiltratie. Deze stroming is voornamelijk vertikaal georiënteerd hetgeen veel invloed op de korrelstabiliteit heeft. Het fijne sediment kan hierdoor gemakkelijker wegspoelen bij de laagwaterlijn dat wordt onderbouwd door de grovere korrel die is waargenomen tijdens metingen. Er wordt verondersteld dat dit mechanisme zeker zal werken omdat de metingen aantonen dat het overgangsgebied een zeer dynamieke zone is waarbij er veel stroming zal zijn in vertikale richting. Meer uitstroom zorgt ervoor dat de korrel wordt opgetild en gemakkelijker in suspensie gebracht wordt. De grovere fractie zal met name blijven liggen. Kwel is belangrijk voor het transporteren van sediment in het inter-getijden gebied. Als kwelstromen worden gekanaliseerd is te verwachten dat sedimenttransport wordt bevorderd. Gevolg hiervan is dat er grovere korrels langs de laagwaterlijn gevonden worden. Het gedrag van het grondwater kan veranderen. Het vertikale transport van water door de PEM wordt bevestigd door de mechanismen die zijn beschreven en uitgebeeld in Figuur 3-3. De PEM’s zorgen voor kortsluitingen tussen waterstanden en verschillende grondlagen. Met name in Denemarken zijn deze effecten het grootst en speelt dit mechanisme altijd een rol. Gelaagde grondlagen als in Denemarken kunnen versterkte effecten geven. Daarnaast zorg de doorboring van kleilagen voor een betere drainage. Een gelaagde bodemstructuur zorgt voor een grotere uitstraling van het effect. Het resultaat is een veranderd verloop van de grondwater gradiënt. Vervlakking van de gradiënt zorgt voor een vergroting van de bergingscapaciteit. Hierdoor is een groter niveauverschil mogelijk en zal de stroming intensiveren. Dit is schematisch weergegeven in Figuur 3-5.

Argumenten tegen

De resultaten van de metingen tonen geen relatie met het zandtransport De invloed is met name bij de laagwaterlijn van belang

Suggesties

Een lokaal effect van de PEM op de sediment afzet en het transport kan leiden tot een verandering van het globale stromingsregime. Het evenwicht in het sedimenttransport wordt beïnvloed door de mate van infiltratie en exfiltratie. Onderzoek naar het lokale effect op infiltratie is nodig.



Pagina 22


Er moet naar een relatie worden gezocht tussen de korrelverdeling en de doorlaatbaarheid hetgeen de infiltratie en exfiltratie sterk beïnvloed. Onderzoek gedaan worden naar sedimentstromingen en verplaatsing van fijne korrels. Gebeurt dit met name door verwaaiing of door het transport van in suspensie gebracht fijn sediment. Wat is de invloed op de grondwaterstand in de nabije omgeving (kleiner dan 5 meter). Door onnauwkeurigheid divers is dit nog niet goed waargenomen/bevestigd.

15cm kleilaag HW

GW

Strand

Zee

LW

18 meter Sijpelen Zoet Zout 1,5 kilometer

Figuur 3-4

Conceptuele model grondwaterstroming (L) en situatie in Egmond aan Zee (R)

Duin

Zee

Waterniveau zonder PEM’s

HW GW LW

Extra bergingscapaciteit Aangepast waterniveau

Circulatiestroming Ekkelenkamp 2009

Figuur 3-5


Gradiënt veranderingen, opslagcapaciteit en verhang


Pagina 23

Ecobeach Workshop 2009

Recommend Documents