INSTITUUT VOOR MARIEN EN ATMOSFERISCH ONDERZOEK UTRECHT

1

INSTITUUT VOOR MARIEN EN ATMOSFERISCH ONDERZOEK UTRECHT

EINDRAPPORTAGE INVENTARISATIE SLIBTRANSPORTMETINGEN EN MEETPLAN TEN BEHOEVE VAN HET RIJMAMO-MODEL Drs N.M. Kruyt

R94-8 Rijkswaterstaat Rijksinstituut voor Kust en ZeeIRIKZ Bibliotheek (Den Haag)

0-2965 515

c-v:4

Rijkswaterstaat Fijksinstituut voor Kust en Zee/RIKZ Bibliotheek (Den Haag)

C-2 D

E1NTRAPPORT INVENTARISATIE SLIBTRANSPORTMETINGEN EN MEETPLAN TEN BEHOEVE VAN lIET RJJMAMO-MODEL Claus Kruyt

IMAU R94 - 8

Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Rijksinstituut voor kust en zee/R/KZ bibliotheek Postbus 20907 2500 EX Den Haag

INLEIIHNG Het op te zetten numeriek model RLJMAMO (=RIJn-MAas-MOnd-model) omvat de Voordelta, de mond van de Nieuwe Waterweg tot en met de Rotterdamse havens, en (de monding van) het Haringvliet. Het 3-D model moet in dit gebied de zout/zoet, hydromorfologi sch e en stoftran sport verschijnselen kunnen weergeven. Voordat het RIJMAMO-model in de praktijk gebruikt kan worden dient het model voor het slibtransport eerst afgeregeld te worden met behulp van velddata. Alvorens het RIJMAMOmodel te kunnen afregelen, is geïnventariseerd welke veiddata geschikt zijn om het model mee te kunnen afregelen. Tevens is een meetpian voor veldmetingen opgesteld om de ontbrekende velddata aan te vullen. Dit eindrapport bestaat uit een bundeling van twee fase-rapporten. De eerste fase bevat een inventarisatie van slibconcentratiemetingen die in het verleden in het gebied van de Rijn- en Maasmonding gedaan zijn. Tevens wordt een studie naar de 'de paden en lotgevallen' van slib in het niondingsgebied van Rijn en Maas gepresenteerd. De doelstellingen van deze studie zijn: (1) het analyseren van de problemen met betrekking tot de slibtransportmechanismen in het mondingsgebied van Rijn en Maas, (2) het aangeven welke processen met het RIJMAMO-model gerepresenteerd moet kunnen worden opdat dit model het slibtransport goed weergeeft en (3) inventariseren welke bruikbare metingen in het verleden gedaan zijn om het RIIMAMO-model te kunnen afregelen. Naar aanleiding van de bevindingen in het eerste fase-rapport is gebleken dat de veldmetingen naar slib in de waterkolom uit het verleden ontoereikend zijn om het RIJMAMO-model mee te kunnen afregelen. In het tweede fase-rapport wordt een meetplan opgesteld voor metingen in 1995 om in het tekort aan beschikbare velddata te voorzien. De eerste fase is uitgevoerd in de periode maart tot met juni 1994 en de tweede fase in de periode juli tot en met augustus 1994. Beide fasen zijn uitgevoerd door de Universiteit Utrecht (UU) vakgroep Fysische Geografie, in opdracht van het Rijksinstituut voor Kust en Zee in 's-Gravenhage onder contractnummer overeenkomst RKZ-017. Het onderzoek is begeleid door dr. W.B.M. ten Brinke (UU) en ir. J.C.A. Joordens (RIKZ). Graag wil ik hier, naast de genoemde begeleiders, voor hun discussie en kritische kanttekeningen bedanken: drs. J.M. de Kok, dr. W. van Leussen, drs. K.B. Robaczewska, drs M. Ebben, dr. ir . R.C. van Oort (allen van het RIKZ), ir. D. Ludikhuize (RIZA), C. Bijleveld (DNZ) en drs. P. Verlaan.

SAMENVATTING Transport van slib is het gevolg van de combinatie van waterbeweging (zoals getij, dichtheidstroming, golven, windgedreven stroming en turbulentie) en slibeigen schappen (zoals flocculatie, vaisnelheid, depositie en resuspensie van slibdeeltjes, settling en scour lag effecten en slib-zandmensels). De slibtransportprocessen kunnen zowel op een ruimtelijke als een temporele schaal van elkaar verschillen hetgeen gevolgen heeft voor de bijdrage van het netto slibtransport voor de Hollandse en Zeeuwse kust. Ten behoeve van de afregeling van de slibmodule van het RLTMAMO-model is een inventarisatie gemaakt van eerder verrichte metingen. Om de resultaten van de metingen te kunnen gebruiken voor de afregeling moeten de metingen aan diverse voorwaarden voldoen. -Slibconcentraties moeten op meerdere hoogtes boven de bodem gemeten zijn waarbij het onderste meetpunt in de nabijheid van de bodem ligt. -Om een beeld van het verloop van de slibconcentratie gedurende een getij fase te kennen moet met grote regelmaat, in de orde van minstens ieder half uur, een meting gedaan worden. Daarbij moet de slibconcentratie op verschillende dieptes bepaald worden. Metingen die zich over een langere periode dan een getijfase uitstrekken, bijvoorbeeld een springtij - doodtij cyclus, zijn van zeer grote waarde voor het afregelen van het RJJMAMO-model. Vanzelfsprekend moet daarbij ook op verschillende dieptes de slibconcentratie gemeten zijn. -Tegelijkertijd met de bepaling van de slibconcentratie moeten ook de stroomsnelheid en richting op de verschillende dieptes gemeten worden. De metingen uit de inventarisatie zijn in het algemeen ontoereikend om bij de afregeling van het RIJMAMO-model te gebruiken. Om het grootschalig slibtransport voor de Nederlandse kust met het RLJMAMO-model te kunnen simuleren is het aanbevelingswaard om een reeks duurmetingen te organiseren. De meetperiode moet lang genoeg zijn om verschillende slibtransportprocessen te bevatten tijdens: (1) een doodtij-springtij cyclus, (2) een afwisseling van ruw-weer en rustig-weer condities, (3) hoge en minder hoge rivierafvoer en (4) voor en na de planktonbloei. Door het gebrek aan duurmetingen ten zuiden van de Maasgeul en vanwege de mogelijke invloed van het Haringvliet op het slibtransport langs de kust is het raadzaam om duurmetingen ter hoogte van de Maasviakte te verrichten. Voor de meetopstelling resulteert dit in een drietal semi-permanente verankeringen waarbij gedurende de gehele meetperiode slibconcentratie, stroming, saliniteit, temperatuur en chlorofyll-a gehalte over meerdere dieptes in de verticaal wordt gemeten. Om de metingen van de verankeringen aan te vullen worden extra metingen vanaf een schip gedaan. Dit betreft valsnelheidsmetingen van slibvlokken, 'troebelheid-tracks' waarbij over de gehele meetraai het concentratieprofiel van slib wordt bepaald en 13-uursrnetingen waarbij dezelfde parameters als bij de verankeringen worden gemeten

RST FAS RAPPORT

INVENTARISATIE SLIBTRANSPORTMETINGEN EN VERKENNING SLIBTRANSPORTMECHANISMEN MONDINGSGEBIED RUN EN MAAS Claus Kruyt

IMAU R 94-5

Inhoud 1. Inleiding

1

Deel 1: Inventarisatie slibtransportmetin gen in onderzoeksgebied 11.1 Algemeen ..................................................2 11.2 Hollandse kustzone ...........................................6 11.3 Omgeving Loswal Noord .......................................8 11.4 Nieuwe Waterweg ...........................................11 11.5 Zeegebied voor de monding van de Nieuwe Waterweg .................12 11.6 (Monding) Haringvliet ........................................13 Deel 2: Slibtransportrnechanismen in estuaria en de kustnabije zone III. Waterbeweging ..................................................16 111.1 Getij ....................................................16 111.2 Dichtheidstroming .......................................... 16 111.3 Golven ..................................................17 111.4 Windgedreven stroming .......................................18 111.5 Turbulentie ...............................................18 IV. Slibuitwisseling tussen bodem en water .................................19 IV.1 Flocculatie ................................................19 IV.2 Vaisnelheid ...............................................20 IV.3 Depositie .................................................21 IV.4 Resuspensie ...............................................21 IV.5 Settling en scour lag effecten ...................................22 IV.6 Slib-zand mengsels ..........................................23 V. Dominante transportmechanismen ......................................23 V. 1 Transport door residuele waterbeweging ............................23 V.2 Slibtransport door dichtheidgecireven stroming .......................23 V.3 Getijgeïnduceerd slibtransport ...................................24 V.4 Slibtransport bevorderd door golfwerking ...........................25 V.5 Huid mud ................................................25 Deel 3: Slibtransportprocessen in het mondingsgebied van Rijn en Maas VI. Ruimtelijke variabiliteit .............................................27 VI.1 De slibbalans van de Nedelandse kustwateren .......................27 VI.2 Hollandse kustzone ..........................................27 VI.3 Mondingsgebied Rijn en Maas ..................................29 VI.4 Rivier ...................................................29 VI.5 Haringvliet ...............................................30

VII. Temporele variabiliteit . 31 VII.1 Transport door de residuele waterbeweging ........................31 VII.2 Getijgeïnduceerd slibtransport .................................31 VII.3 Dichtheidgedreven slibtransport ................................32 VII.4 Effecten van golven ..........................................33 Deel 4: Gewenste representatie van slibtransportprocessen in het RUMAM 0-model VIII. 1 Algemeen ...............................................34 VIII.2 Slib ...................................................35 VIII.3 Eigenschappen Waterbeweging ................................35 VII1.4 Samenvattend ............................................36 Referenties ........................................................38 Figuren 1-13 Appendix Adressenhijst

1 Inleiding Het op te zetten numeriek model RIJMAMO (=RIJn-MAas-MOnd-model) omvat de Voordelta, de mond van de Nieuwe Waterweg tot en met de Rotterdamse havens, en (de monding van) het Haringvliet. Het 3-D model moet in dit gebied de zout/zoet, hydromorfologische en stoftransport verschijnselen kunnen weergeven. Dit eerste fase-rapport bevat een inventarisatie van slibconcentratiemetingen die in het verleden in het gebied van de Rijn- en Maasmonding gedaan zijn. Tevens wordt een studie naar de 'de paden en lotgevallen' van slib in het mondingsgebied van Rijn en Maas gepresenteerd. De doelstellingen van deze studie zijn: (1) het analyseren van de problemen met betrekking tot de slibtransportmechanismen in het mondingsgebied van Rijn en Maas, (2) het aangeven welke processen met het RUMAMO-model gerepresenteerd moet kunnen worden opdat dit model het slibtransport goed weergeeft en (3) inventariseren welke bruikbare metingen in het verleden gedaan zijn om het RIJMAMO-model te kunnen afregelen. In deel 1 is een inventarisatie gemaakt van bruikbare metingen die in het verleden in het betreffende gebied gedaan zijn. In deel 2 wordt een algemeen overzicht gegeven van de slibtransportprocessen. In deel 3 wordt dit overzicht toegespitst op het mondingsgebied van de Rijn en Maas voor zowel ruimtelijke als temporele variaties. Aan de hand van de 2 voorgaande delen is in deel 4 een overzicht gegeven van de gewenste representatie van de slibtransportprocessen die het RJJMAMO-model moet kunnen weergeven. De appendix bevat de adressen van de instellingen waar de meetgegevens uit de inventarisatie van afkomstig zijn. De studie is uitgevoerd in de periode maart tot met juni 1994 door de Universiteit Utrecht (UU) vakgroep Fysische Geografie, in opdracht van het Rijksinstituut voor Kust en Zee in 'sGravenhage onder contractnummer overeenkomst RKZ-017. Het onderzoek is begeleid door Dr. W.B.M. ten Brinke (UU) en Ir. J.C.A. Joordens (RIKZ). Graag wil ik hier, naast de genoemde begeleiders, voor hun discussie en kritische kanttekeningen bedanken: Drs. J.M. de Kok (RJKZ), Dr. W. van Leussen (RIKZ), Drs. K.B. Robaczewska (RIKZ) en Drs. P. Verlaan.

1

Deel 1: Inventarisatie slibtransportmetingen in onderzoeksgebied 11.1 Algemeen Ten behoeve van de afregeling van de slibmodule van het RIJMAMO-model is een inventarisatie gemaakt van eerder verrichte metingen. Om de resultaten van de metingen te kunnen gebruiken voor de afregeling moeten de metingen aan diverse voorwaarden voldoen. -Slibconcentraties moeten op meerdere hoogtes boven de bodem gemeten zijn waarbij het onderste meetpunt in de nabijheid van de bodem ligt. -Om een beeld van het verloop van de slibconcentratie gedurende een getijfase te kennen moet met grote regehnaat, in de orde van minstens ieder half uur, een meting gedaan worden. Daarbij moet de slibconcentratie op verschillende dieptes bepaald worden. Metingen die zich over een langere periode dan een getijfase uitstrekken, bijvoorbeeld een springtij - doodtij cyclus, zijn van zeer grote waarde voor het afregelen van het RUMAMO-model. Vanzelfsprekend moet daarbij ook op verschillende dieptes de slibconcentratie gemeten zijn. -Tegelijkertijd met de bepaling van de slibconcentratie moeten ook de stroomsnelheid en richting op de verschillende dieptes gemeten worden. Veel metingen voldoen niet of gedeeltelijk aan de gestelde eisen. Deze metingen zijn bij de inventarisatie buiten beschouwing gelaten. Sommige metingen in de inventarisatie voldoen niet volledig aan de gestelde eisen. Door het schaarse aantal metingen die wel voldoen en het speciale karater van de meting wordt soms toch besloten om een dergelijke meting in de inventarisatie op te nemen. In tabel 1 staat kort omschreven welke metingen er zijn met hun bijzonderheden. Deze tabel is uitvoeriger toegelicht in de beschrijving die hierop volgt. In de inventarisatie zijn, voor zover bekend, de titel van de datarapporten vermeld met daaraan voorafgaand het jaar waarin het rapport is verschenen. Per meting is kort aangegeven wat en waar er gemeten is. Om een indruk te krijgen van de omvang van de slibconcentraties zijn bij de 13-uursmetingen het minimale en maximale slibgehalte, gemiddeld over de verticaal, aangegeven. Voor zover bekend is per meting aangegeven met welk type troebelheidsmeter gemeten is en hoe de ijking tot stand is gekomen. In de meetrapporten die afkomstig zijn van de meetdienst 'Hellevoetsluis' is niet toegelicht waarmee gemeten is of hoe de ijking tot stand kwam. Waarschijnlijk is met een optische troebelheidmeter (type Monitec of Partech) gemeten en is de ijking ter plaatse met watermonsters gedaan. Ook wordt in het meetrapport niet vermeld tot hoe dicht bij de bodem nog gemeten is maar waarschijnlijk tot im boven de bodem (Bubbert (Dir. Zuid-Holland), mondelinge mededeling).

9

locatie data- periode parameters opslag

literatuur verwijzing/ instantie

bijzonderheden

Ned. kustzone r,d 1988-1989 tr.,sal., dichth.

IMOU R90-3 & R90-4 (F.C. Grocnendijk-RIKZ)

Alleen instanlaan verticaalmetingen in raaien voor de kust over de periode '88-89. Er zijn geen stroomsnclhcden gemeten.

d 1990 tr., snelh ..sal.

Rhine plume Experiment Profile Mast-OOSC DGW-92.002

Transmissiemeting op im onder het oppervlak gedurende een 3-tal weken op 5 locaties voor Scheveningen. Gedurende én week heeft een transmissiemeter de troebelheid op Sm hoven de bodem geregistreerd. Alle parameters zijn simultaan gemeten.

- 1992

Rhine Plume Experiment Profile Mast-005C GWAO-93.1 18x

Transmissiemetingen mislukt

- 1994 tr.,snelh.. sal.

Rhine Pliirne Experiment Profite MASTCT930054

Van maart tol oktober zijn op 2 vaste meetpunten troehelhcid nabij het oppervlak en hij de bodem (+3rn A +7m) gemeten. Continue meting met een waarneming om de 10 minuten. Tevens 2 twee-weekse vaartocht waarbij o.a. troebellieid. saliniteit en stroming gemeten zijn. De verschillende parameters zijn simultaan genieten.

Hellevoetsluis

13-uursmetingen op 3 locaties in een raai en op 66n meetpunt aan de noordrand van de Maasgeul. Ieder half uur is een verticaalmeting verricht. Stroomsnelheid cii troebelheid zijn gelijktijdig gemeten.

r 1985 tr., soms snelh.

Notitie GWAO-86.230 (C.J. Louisse-RtKZ)

Gedurende 3 maanden om de 10 min is op 0.31ii boven de bodeni de troehelheid gemeten. Incidenteel is ook de stsoomsnelheid gemeten hij nieetpaal DKI. echter niet gelijktijdig met de troehelheidsmetingen.

r 1988 tr., snelh.

Op 4 locaties rondom Loswal Noord /ijn op meerdere dagen 13- en 6-uursmetingen Notitie GWIO-89.526 (T. van der l-leuvel-RIKZ verricht over de gehele verticaal. J.W. Theune-RIKZ)

r.d 1988 - 1990 tr., snelh.

IMAU R92-2 (P. Verlaan-IMAU & R.Spanhoff-R IKZ)

Omgeving r 1977 snelh.. sal., tr. Loswal Noord

Op 3 locaties zijn in de periode van 88-'90 maximaal 6 ctuurmetingen van een maand verricht naar het slihgetialte op 0.33m en 0.90m boven (le hodeni. De metingen van de 3 meetopstel t iilgen zijn niet simultaan.

parameters

literatuur verwijzing/ instantie

bijzonderheden

1991 - 1992

Ir.. snelh

OCN (P. Verlaan & R. Spanhoff-RIKZ)

Op 2 locaties zijn in de periode van 92-'93 maximaal 9 duurmetingen van een maand verricht. De sensoren staan op 0.15ni en 0.90m hoven de bodem. De metingen van de 2 meetopstellingen zijn niet simultaan.

r.d

1977

snelh.. tr., sal.

Hellevoetsluis

Op kmr 1029 van de Nieuwe Waterweg zijn tijdens een 13-uurstneting stroom- en troehelheidsverticalen bepaald. Stroming en troebelheid zijn simultaan gemeten.

r,d

1979

snelh., tr.. sal.

Hellevoetsluis

Op de Nieuwe Waterweg, Oude Maas en Noord zijn simultaan verticaalmetingen verricht.

locatie

dataopslag

Omgeving Loswal Noord

r,d

Nieuwe Waterweg

periode

Maasgeul r 1977 snelh., tr.. sal. Hellevoetsluis

Weerszijden r 1978 snclh., tr.. sal. Hellcvoetsluis Eurogeul

Monding Nieuwe r 1978 tr. Waterweg

r

Nota NZ-Z-90.04 (W. Vlemmix-DNZ)

Op 4 locaties aan de noordrand van de Maasgeul zijn tijdens een 13-uursmeting verticaalmetingen verricht. Troebelheid en stroming zijn nagenoeg gelijktijdig gemeten. Tussen de meetpunten onderling zijn de metingen niet simultaan.

13-uursmetingen op 2 locaties in een raai met ieder half uur een verticaalmeting. Troebelheid en stroming zijn nagenoeg gelijktijdig gemeten. Tussen de meetpunten onderling zijn de metingen niet simultaan. In raaien in de monding van de Nieuwe waterweg zijn verticaalmetingen verricht over een deel van het getij. Een groot deel van de metingen zijn onder ruw weer condities gedaan met golfhoogte tot 3.5m. Er zijn geen stroomsnelheden genieten. De troebelheid is niet simultaan gemeten.

Monding r 1971 tr., snelh., sal. Hellevoetsluis Haringvliet

Aan zowel de landwaartse als de zeewaartse zijden van de sluis zijn metingen verricht. Gedurende 8 uur is ieder half uur een verticaalmeting gedaan. De laatste 2 van de meting waren de sluizen gesloten. De afvoer hij Lohith was t 277rn 31s. Troebelheid en stroming zijn nagenoeg gelijktijdig gemeten. Tussen de meelpunlen onderling zijn de metingen niet simultaan.

r 1977 tr., snelh., sal. Hellevoetsluis

1 3-Uursmeting voor 3 (op 3 verschillende dagen) raaien over de monding van liet Haringvliet, zeewaarts van de sluizen. De afvoer hij Lohith was 2600 A 4800 niVs. Troehelheid en stronling zijn nagenoeg gelijktijdig gemeten. Tussen de meetpunten onderling zijn de metingen niet simultaan.

- - -- -- --

locatie data- periode pararneters literatuur verwi,jzing/ instantie opslag

Monding r 1978 tr., snelh., sal. 1-lellevoetsluis Haringvliet

r 1980 tr., snclh., sal. Hellevoetsluis

bijzonderheden

13-Uursmeting voor 3 raaien over de monding van het Haringvliet, zeewaarts van de sluizen. De afvoer bij Lohith bedroeg ± 6100 m7s. Troebelheid en stroming zijn nagenoeg gelijktijdig genieten. Tussen de meetpunten onderling zijn de metingen niet simultaan. 13-Uursmeting voor 3 raaien over de monding van liet Haringvliet, zeewaarts van cle sluizen. De afvoer hij Lobith bedroeg ± 6700 m 3/s. Troebelheïd en stroming zijn nagenoeg gelijktijdig gemeten. Tussen de meetpunten onderling zijn de metingen niet simultaan.

Haringvliet r.d 1994 tr., snelh. concept nota RIZA Op een 5-tal locaties in liet Haringvliet zijn verticaalnietingen gedaan naar stroom(H. Verbeek. B.Jansen snelheden en slihconcentraties. Afvoer hij lohith was 7000 i 9000 m 3/s. & J. van Zetten-RIZA)

Tabel 1 Inventarisatie troebelheidsmetingen met vermelding van: meetlokatie, in welke vorm de metingen zijn opgeslagen, jaar van de meting, de voornaamste parameters die gemeten zijn, verwijzing naar de instantie of het rapport waar de metingen beschreven staan, bijzonderheden omtrend de metingen. r.= rapport, d.= digitale vorm, Tr.=troebelheid, str.=stroomsnelheid &-richting, sal.= saliniteit Metingen door meetdienst 'Hellevoetsluis'zijn opgeslagen in het sernistatisch archief van Directie Zuid-Holland.

11.2 Hollandse Kustzone 1)88 - 1989 CTD-, Zuurstof- en Troebelheidsmetingen in drie dimensies in de Nederlandse kustzone. IMOU R90-3 en R90-4. F.C. Groenendijk.

Metingen Langs de Nederlandse kust van Goeree tot Callantsoog zijn in 6 raaien dwars op de kust regelmatig verticaalmetingen gedaan in 1988 en 1989. De raaien strekken zich meestal uit van 1 km tot 30 km zeewaarts ten opzichte van de kust. De raaien bij Terheijde en Noordwijk reiken soms tot 70 km uit de kust. Voor iedere raai wordt saliniteit, temperatuur, dichtheid, zuurstof en troebelheid in verticale richting op verschillende meetlocaties gemeten. De raaien worden instantaan, één voor één doorgemeten in een vooraf bepaald schema. In de rapporten (IMOU, R90-3 en R90-4) staan beschreven wanneer welke raai gevaren is. De metingen worden herhaald met enkele weken tussenpozen. De raaien bij Terheijde en Noordwijk zijn het meest regelmatig bemonsterd.

Instrumentarium Zwevende stofgehaltes worden met behulp van Partech troebelheidsmeters bepaald. De Partechmeters zijn voor slib alleen in het laboratorium geijkt en niet voor het gebied waar ze gebruikt worden. Daarom wordt de omrekening van troebelheid naar zwevende stofgehalte in het rapport onnauwkeurig genoemd. De onnaukeurigheid in zwevende stofgehalte wordt voor gehalten boven 10 mg/1 op 20% geschat. Bij gehalten kleiner dan 10 mg!1 wordt de fout op 40 â 50 % geschat.

Lokatie meetgegevens De meetgegevens zijn gepresenteerd in de rapporten IMOU, R90-3 & R90-4 en zijn in digitale vorm aanwezig. i() Rhine Plume Experiment. Data report Holland surveys. October 1990. Report DGW-92.020

Metingen Bij een studie naar de uitstroom van de Rijn is op vaste locaties (voor scheveningen) de troebelheid gemeten. De meting begint 8-9-1990 en eindigt op 17-09-1990 waarbij het instrument zich op 5m boven de bodem bevindt. Op een 5-tal meetpunten voor de kust bij scheveningen zijn transmissiemeters aan het oppervlak geplaatst. Deze meting duurt van 23-9-1990 tot 17-10-199 Iedere 10 minuten is er een meting verricht. Instrumentarium De troebelheid is gemeten met behulp van transmissiemeters die ter plaatse geijkt zijn met watermonsters.

Locatie meetgegevens Op de CD-ROM van het North Sea Project (uitgegeven door BODC) staan de meetgegevens. r4

* 1992 Rhine Plume Experiment 1992. Profile Mast-005C. Werkdocument GWAO-93.1 18x

Metingen De meting voor troebelheid is niet nader uitgewerkt. Waarschijnlijk doordat data verloren zijn gegaan als gevolg van schade aan de meetopstelling.

* 1994 Profile Mast II. maart-oktober 1994

Metingen De metingen zijn bedoeld om seizoenvariaties in stroming, verticale structuur, fysische processen (o.a. stratificatie, suspensief sediment) en biologische processen te bepalen. In de periode van april tot oktober 1994 zijn in een raai op 10 en 20 km uit de kust bij Noordwijk twee vaste meetpunten opgesteld. De instrumenten op deze meetpunten registreren continu iedere 10 â 20 minuten o.a. de stroomsnelheid en de transmissie, gerelateerd aan in het laboratorium bepaalde zwevende stofconcentraties. Naast de vaste meetpunten zijn in april en mei 1994 metingen verricht tijdens twee tweeweekse vaartochten. Tijdens de vaartocht in april wordt continu (dag en nacht) langs de raai gevaren met een ondulerende CTD- en transmissiemeter waarbij o.a. transmissiemetingen over de diepte uitgevoerd zijn. De vaartocht in mei beslaat 4 transecten met totaal 20 stations voor de Hollandse kust waarbij transmissiemetingen over de diepte zijn .gedaan. Tevens is een 13-uursmeting naast de vaste meetpunten op 10 en 20km gedaan en een 24uursmeting op 10km. Er is gemeten op 3m boven de bodem, halve waterdiepte en aan het oppervlak. Beide vaartochten omvatten zowel een rustig als een ruw weer periode en overbruggen een doodtij-springtij cyclus.

Instrumentarium Voor de vaste meetpunten zijn transmissiemetingen gedaan bij Noordwijk 10 met 1 Infiux multisensor (op 8m boven de bodem) en 1 ME Meerestechnik multisensor (aan het oppervlak). Bij Noordwijk 20 zijn 2 Hycirolab datasondes (op 3 en 7m boven de bodem) en 1 ME Meerestechnik multisensor (aan het oppervlak) gebruikt. Iedere maand worden de instrumenten ter plaatse gekalibreerd waarbij ook watermonsters worden genomen om het zwevende stofgehalte te bepalen.

Locatie meetgegevens De metingen duren op dit moment nog voort en zullen vanaf eind 1994 in een datarapport en op diskette staan.

7

11.3 Omgeving van Loswal Noord * 1977 Stroom-, zout-,sediment- en getij meting Kustgebied benoorden Noorderdam te Hoek van Holland.

Metingen in een trog van de Maasgeul, in het verlengde van de Noorderdam op ±350m, is een verticaalmeting verricht. Tevens zijn tussen de Noorderdam en Loswal Noord op zo'n 7 . 10km uit de kust op 3 locaties in een raai verticaalmetingen gedaan. Ieder half uur is een verticaalmeting verricht. Het slibgehalte in de trog, gemiddeld over de verticaal bedroeg tijdens de meetduur minimaal 21 mg!l en maximaal 48 mg!l. In de raai bedroeg het slibgehalte gemiddeld over de verticaal minimaal 14 mg/l en maximaal 48 mg/l

Instrumentarium In het rapport wordt niets meegedeeld over de gebruikte instrumenten of werkmethode.

Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn opgenomen in het rapport dat door de afdeling Hellevoetsluis is uitgebracht. Dit rapport is opgeslagen onder nummer 1598 in het Semistatisch Archief van Directie Zuid-Holland.

* 1985 Analyse van permanente slibconcentratiemetingen in een kustzone nabij hoek van Holland Notie: GWAO-86.230. C.J. Louisse

Metingen Gedurende 3 maanden van februari 1985 t/m april 1985 is bij golfmeetpaal DK1, voor de kust bij Hoek van Holland, de troebelheid gemeten op 0.3m boven de bodem. Iedere tien minuten registreert de Partech gedurende 2 minuten de troebelheid. Ter plaatse zijn ook grootheden als goifhoogte en -periode, waterstanden en windgegevens ingewonnen. Er zijn geen permanente stroomsnelheidsgegevens gemeten. incidenteel waren zowel stroommetingen bij de meetpaal DK1 als in de nabije omgeving (meetpunt H2) voorhanden

Instrumentarium De slibconcentratie werd met een Partech troebelheidsmeter bepaald. Uking voor slibwaarden is slechts gelukt bijlage concentraties tot 150 mg/l. De Partech registreert gedurende elke tien minuten 2 minuten de troebelheid. De Partech is opgehangen aan een prikkerstatief op 0.3m boven de bodem. Onbekend is in hoeverre de hoogte van de sonde boven de bodem veranderd is door verzakking of onderspoeling van het statief tijdens de meetperiode.

Locatie meetgegevens In de notitie zijn de meetresultaten grafisch als een tijdserie afgebeeld. Het is onbekend of de data nog op diskette staat.

* 1988 Metingen ter plaatse van Loswal Noord. T.van der Heuvel en J.W. Theune. Notitie GWI089.526.

Metingen Op 4 locaties in de omgeving van Loswal Noord zijn o.a. stroomsnelheid en troebelheid op meerdere niveau's in de verticaal gemeten. Een meetcyclus duurt ongeveer 30 minuten waarbij met behulp van een meetvis en een statief gegevens worden ingewonnen. Ieder half uur wordt de meetcyclus opnieuw gestart. Op 29-3-1988, 30-3-1988, 5-4-1988 en 6-4-1988 zijn gedurende 13 uur verticaalmetingen verricht. Op 5-4-1988 en 7-4-1988 is ± 6 uur gemeten.

Instrumentarium Afhankelijk van de diepte worden op 6 â 10 niveau's, tot 0.5 meter boven de bodem, met een meetvis de troebellieid, diepte, geleidbaarheid, temperatuur en stroomsnelheid en richting gemeten. Het statief meet de troebelheid op 0.33m en 0.66m boven de bodem en de stroomsnelheiden -stroomrichting op 0.33m boven de bodem. Stroomsnelheden en richtingen worden met behulp van een stroomsnelheidsmeter van het type Colnbrook bepaald waarbij in twee richtingen loocirecht op elkaar de stroomsnelheid wordt gemeten. Voor zowel de meetvis als het statief wordt de troebelheid door een Partech (type S 100) gemeten. Per meetdag wordt de Partech opnieuw geijkt met lokale ijkrnonsters.

Locatie meetgegevens Van de meting bestaan alleen nog de resultaten die in het rapport zijn opgenomen. Deze resultaten staan niet meer op diskette.

* 1988 - 1990 Slibconcentraties en stroomsnelheden gemeten bij de bodem in de omgeving van Loswal Noord. Dataverslag. P. Verlaan en R. Spanhoif. Rijksuniversiteit Utrecht IMAU R92-2.

Metingen Op een 3-tal locaties nabij Loswal Noord zijn gedurende een maand continue troebelheidsmetingen verricht waarbij eens in de 5 minuten de troebelheid wordt gemeten. (1) Bij Indusbank-Noord zijn in de periode 1988 tlm 1990 een 6-tal duurmetingen verricht van elk één maand waarbij enkel de slibconcentratie bepaald is. In de eerste meeetperiode wordt met 6 sensoren gemeten die equidistant verdeeld zijn tussen 0.15m en 0.90m boven de bodem. De tweede meetperiode wordt met 3 sensoren gemeten op 0.15m, 0.55m en 0.90m boven de bodem. Bij de overige meetperiode zijn de sensoren op 0.15m en 0.90m geplaatst.

Bij Siltcon is gedurende de maand october 1990 de slibconcentratie en de stroomsnelheid en -richting gemeten. De sensoren zijn op 0.15m en 0.90m boven de bodem geplaatst. Omdat bij dit meetpunt de waterdiepte (± lOm) kleiner is dan bij de andere meetpunten, is voor dit meetpunt de invloed van golven geanalyseerd. Bij Obstructie-boei zijn in het najaar van 1990 een 2-tal duurmetingen verricht waarbij alleen de slibconcentratie is gemeten op 0.15m en 0.90m boven de bodem. In het dataverslag wordt voor iedere meetperiode vermeld wanneer gemeten er is.

Instrumentarium Vanaf 1989 zijn de slibconcentraties gemeten met troebelheidssensoren van het type MEX3. Daarvoor is gebruik gemaakt van een ouder type WL-sensoren. De sensoren zijn geijkt met de bodernmonsters van Loswal Noord waaruit het zand verwijderd is. Het meetbereik ligt ongeveer tussen 10 en 10000 mg/I voor een korreldiameter van 10 pm. Door de lange meetperiode heeft de onderste sensor bij het meetpunt Indusbank-Noord last van een sterk nulpuntsverloop.

Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn in het datarapport verwerkt. De datafiles staan op een 5-tal diskettes en zijn in het bezit van R.Spanhoff. * 1991 - 1992 Slibconcentraties en stroomsnelheden gemeten bij de bodem in de omgeving van Loswal Noord (metingen uitgevoerd in 1991 en 1992). P. Verlaan en R. Spanhoif; Oceanographic Company of the Netherlands (OCN).

Metingen Op een 2-tal locaties nabij Loswal Noord zijn gedurende een maand continue troebelheidsmetingen verricht waarbij eens in de 5 â 10 minuten de troebelheid is gemeten Bij Indusbank-Noord hebben van 25-7-1991 t/m 1-11-1992 een 7-tal duurmetingen plaatsgevonden waarbij zowel de slibconcentratie als de stroomsnelheid en -richting is gemeten. De slibconcentratie is op 0.15m en 0.90m boven de bodem gemeten. De stroomsnelheid is alleen op 0.1 5m boven de bodem gemeten met uitzondering van 2 periodes waarbij geen stroommetingen zijn uitgevoerd. Bij Obstructie-boei hebben van 22-9-1991 t/m 11-2-1993 een 9-tal duurmetingen plaatsgevonden. De slibconcentratie is op 0.15m en 0.90m boven de bodem gemeten. De stroomsnelheid is alleen op 0.15m boven de bodem gemeten. In het rapport wordt per metingperiode aangegeven wanneer deze metingen hebben plaatsgevonden en wat de kwaliteit van de afzonderlijke metingen is.

Instrumentarium Slibconcentraties worden gemeten met troebelheidssensoren van het type MEX-3. De sensoren zijn geijkt met de bodemmonsters van Loswal Noord waaruit het zand verwijderd is. Het meetbereik ligt ongeveer tussen 10 en 10,000 mg/1 voor een korreldiameter van 10 pm. Door de lange meetperiode wordt bij het meetpunt Indusbank-Noord het effect van nulpuntsverloop waargenomen. 10

Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn in het datarapport verwerkt. De datafiles staan op een aantal diskettes en zijn in het bezit van R.Spanhoff.

11.4 Nieuwe Waterweg * 1977 getij-, stroom-, zout-, sediment- en temperatuurmetingen op de Nieuwe Waterweg, de Nieuwe Maas en de Oude Maas; 10 en 11 september 1977. Nota 13.003.06.

Metingen Ter hoogte van kmr 1029.0 zijn o.a. slibconcentratie- en stroomsnelheids-metingen op 6 hoogtes boven de bodem (tot 1.0m boven de bodem). Elk half uur gedurende 13 uur is een bepaling gedaan.

Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn oorspronkelijk niet in de nota opgenomen, maar later zijn de sedimentmetingen alsnog in een extra bijlage gepresenteerd. Dataopslag is op univac-tape: BWDODZWTAPE*T1 300306A

* 1979 getij-, stroom- en zoutmetingen in het Noordelijk Deltagebied in mei en september 1979. Nota 31.004.16.

Metingen In mei zijn slibconcentraties gemeten op een aantal dagen. Op 6 dieptes is elk half uur een meting gedaan gedurende 13 uur. Metingen hebben plaats-gevonden op Nieuwe Waterweg kmr 1029, Oude Maas knir 999 en kmr 979,5; Noord kmr 981,7 en kmr 990. Op 7 mei zijn bij kmr 1029, 999 en 990 simultaan slibconcentratie- en stroomsnelheidsmetingen verricht.

Instumentarium Voor bij meetrapporten is niet opgenomen met welke instrumenten gemeten is omdat sedimentgegevens uiteindelijk niet in de rapporten zijn opgenomen.

Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn niet in een rapport opgenomen. Dataopslag is op univac-tape: BWDODZWTAPE*T3 10041 6BA

11

11.5 Zeegebied voor de monding van de Nieuwe Waterweg * 1977 Stroom-, zout-,sediment- en getijmeting Maasgeul. 18 oktober 1977

Metingen in een trog aan de rand van de Maasgeul, in het verlengde van de Noorderdam, op ±350m, is een verticaalmeting verricht. Tevens zijn 2km verderop, op 3 locaties in een raai haaks op de noordrand van de Maasgeul verticaalmetingen gedaan. Ieder half uur is een verticaalmeting verricht. Het slibgehalte in de trog, gemiddeld over de verticaal, bedroeg tijdens de meetduur minimaal 16 mg/1 en maximaal 54 mgfl. in de raai bedroeg het slibgehalte gemiddeld over de verticaal minimaal 10 mg/11 en maximaal 45 mg/1

Instrumentarium In het rapport wordt niets meegedeeld over de gebruikte instrumenten of werkrnethode.


* 1978 Stroom-, zout-, sediment-en getijmeting. Kustgebied zeerand Goeree 's-Gravenhage. 10 maart 1978.

Metingen Aan weerszijde van de Eurogeul, op ± 13km afstand uit de kust bij de Maasvlakte, is tijdens een 13-uursmeting de stroomsnelheid en het slibgehalte in de verticaal bepaald. Ieder half uur is een verticaalmeting verricht. Het slibgehalte in het water, gemiddeld over de verticaal bedroeg tijdens de meetduur minimaal 16 mgll en maximaal 48 mgfl.



12

* 1978 Metingen van de verticale verdeling van het zwevende stofgehalte in het zeegebied voor de monding van de Waterweg. Najaar 1978. Ir. W. Vlemmix Nota NZ-N-80.04 (Directie Noordzee).

Metingen Alleen zwevende stofgehalte is over de diepte gemeten. Daarbij werd de troebelheidssensor samen met een dieptesensor aan een vallichaam bevestigd, zodat via een 'vrije val' een meting over de gehele diepte verricht kon worden. De metingen zijn in een aantal raaien verdeeld over twee gebieden; de Maasgeul en nabij de Zuiderdam van de Maasviakte In de lengte-as van de Maasgeul en ten noorden en ten zuiden hiervan zijn in 3 evenwijdige raaien op 9 tot 11 punten meting over de gehele verticaal verricht. De raaien zijn achtereenvolgens doorgemeten waarbij het meetschip tussen de meetpunten op en neer voer. Op 21-1 1-1978 werd van laagwater (LW) tot hoogwater (HW) gemeten, op 28-11-'78 werd van HW tot LW gemeten en op 14-12-1978 werd één getijfase van LW tot LW gemeten. Nabij de Zuiderdam van de Maasviakte zijn in 4 evenwijdige raaien, haaks op Maaswvlakte. op 8 tot 11 meetpunten metingen over de gehele verticaal verricht. Deze raaien zijn met hetzelfde principe meten als bij de Maasgeul. Deze raaien zijn op 09-01-1979 doorgemeten van HW tot LW. Tijdens de metingen van 21-11-1978 , 28-11-1978 en 14-12-1978 waren de weersomstandigheden nogal extreem met goifhoogtes van 2 tot 3,5m. Op 09-01-1978 waren de omstandigheden veel minder extreem. De goifhoogte bedroeg 1 1,5m. Tijdens de ruwweer perioden kan het slibgehalte aan de bodem oplopen tot een paar honderd mgJl.

Instrumentarium Voor het meten van zwevende stof gehalte werd gebruik gemaakt van een Partech zwevende stofmeter. De Partech is geschikt voor het meten van zeer hoge concentraties, tot 12.000 mg/1. Ook voor lage concentraties (<200 mg/l) bleek de Partech redelijk betrouwbaar te zijn. De Partech is geijkt met watermonsters uit de Maasmond waarvan het zwevende stofgehalte is bepaald.

locatie meetgegevens De meetresultaten zijn alleen in het rapport verwerkt. 11.6 (Monding) Haringvliet * 1971 Haringvliet Stroom-, zout-, sediment- en getijmeting. Na de afsluiting van het Haringvliet.

Metingen 10 maart 1971 zijn aan beide zijden op ±1300m afstand van de sluizen Slibconcentratie- en stroomsnelheidsmetingen verricht. Slibconcentratieverticalen zijn 13

gedurende 8 uur om het half uur gemeten. De sluizen waren gedurende de laatste 2 uur gesloten. Aan de landwaartse zijde van de sluis is het gemiddelde slibgehalte over de verticaal veel lager (maximaal ± lSmg!l) dan aan de zeewaartse zijde van de sluis (maximaal ± 45 mg/I). De afvoer bij Lobith bedroeg op 8-3-1971 1277 m 3/s.


* 1977 Haringvliet Stroom-, zout-, sediment- en getijmeting.

Metingen Op 3 dagen in de maand februari 1977 zijn bij 3 raaien zowel de slibconcen-tratie als de stroomsnelheid verticalenmetingen gedaan. Gedurende 13 uur is elk half uur een meting verricht. De raaien liggen evenwijdig aan elkaar over de monding van het Haringvliet aan de zeewaanse zijde van de sluizen. Voor de raai die nabij de sluizen ligt (op ± 2,5km) is het maximum, voor het gemiddelde slibgehalte over de verticaal, lager (± 130 mgIl) dan voor de raaien die verder zeewaarts liggen (± 230 mg/l). De afvoer bij Lobith was ten tijde van de meting van de raai nabij de sluizen ± 4500 m 3/s. Voor de twee overige raaien varieerde de afvoer bij Lobith van 2700 tot 4700 m 3/s.


Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn opgenomen in het rapport dat door de afdeling Hellevoetsluis is uitgebracht. Deze rapporten zijn opgeslagen onder nummer 1556, 1559 en 1567 in het Semistatisch Archief van Directie Zuid-Holland.


Metingen Op 30 mei zijn bij twee raaien in de monding van het Haringvliet, zeewaarts van de sluizen, op 3 plaatsen per raai slibconcentratie- en stroomsnelheidsverticalen gemeten. Gedurende 13 uur is elk half uur een meting verricht. Twee dagen later is bij één raai op 4 plaatsen slibconcentratie- en stroomsnelheidsverticalen gemeten. Deze raai loopt van de zuidpunt van de Maasviakte tot aan de kop van Goerree. Het gemiddelde slibgehalte over de verticaal bedroeg maximaal 745 mg/1 en minimaal 20 mgfl. De afvoer bij Lobith bedroeg op 28-5-1978 6174 m 3/s.

Instrumentarium 14

in het rapport wordt niets meegedeeld over de gebruikte instrumenten of werkmethode.

Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn opgenomen in het rapport dat door de afdeling Hellevoetsluis is uitgebracht. Deze rapporten zijn opgeslagen onder nummer 1631 en 1632 in het Semistatisch Archief van Directie Zuid-Holland.


Metingen Op 3 plaatsen in een raai zijn voor zowel de slibconcentratie als de stroomsnelheid verticalenmetingen gedaan. Gedurende 10 uur is elk half uur een meting verricht. Het gemiddelde slibgehalte over de verticaal bedroeg maximaal 746 mg/1 en minimaal 29 mgJl. De afvoer bij Lobith bedroeg ± 6700 m 3/s.


Locatie meetgegevens De meetresultaten zijn opgenomen in het rapport dat door de afdeling Hellevoetsluis is uitgebracht. Deze rapporten zijn opgeslagen onder nummer 1678 en 1687 in het Semistatisch Archief van Directie Zuid-Holland.

* 1994 Erosiebepalingen in het Haringvliet tijdens hoge afvoer (December 1993). H.Verbeek,B. Jansen & J.van Zetten (RIZA). Concept nota.

Metingen Op 23-12-1993 is op een 5-tal locaties in het Haringvliet slibconcentraties en stroomsnelheden zijn op meerdere dieptes gemeten. De concentraties zwevende stof varieerden van 30 mgfl tot 80 â 100 mg!1. Tijdens de metingen bedroeg de afvoer van de Rijn bij Lobith stijgende van 7000 tot 9000m3/s. Voorafgaand aan de meting is in oktober 1993 een bodembemonstering uitgevoerd.

Instrumentarium Het zwevende stof is met een Mex-3 troebelheidsmeter bepaald en geijkt met watermonsters uit het meetgebied.

Locatie meetgegevens In de concept nota zijn de concentratieverticalen voor zwevend stof opgenomen. 15

Deel 2: Slibtransportmechanismen in estuaria en de kustnabîje zone. III WATERBEWEGING

111.1 Getij De beweging van zand is zeer sterk gekoppeld aan de stroomsnelheid. Als de stroom aantrekt, komt het zand in beweging. Zodra de stroom afneemt, komt zand snel tot rust. Beweging van slib is niet in die mate gekoppeld aan stroomsnelheid. Als de stroom afneemt, zullen slibdeeltjes veel langer in suspensie blijven voordat ze bezinken (Postma, 1961). Een belangrijk mechanisme dat van invloed is op het slibtransport is het getij. Zowel de transportrichting van een slibdeeltje als het volume slib dat getransporteerd wordt, is sterk afhankelijk van de asymmetrie van de eb-vloed beweging. Als een getijgolf van diep water een kustzone bereikt met kleinere waterdiepte, bijvoorbeeld vanuit de oceaan naar de ondiepere shelf, ondervindt deze getijgolf wrijving van de bodem. Het gevolg is dat de getijgolf zal vervormen. Op het moment dat een getijgolf vanaf diep water in ondiep water komt, is de maximale ebstroom groter dan de maximale vloedstroom. Als de getijgolf daarna een afstand, in de orde van grootte van een paar honderd kilometer, heeft afgelegd, is als gevolg van de bodemwrijving de maximale vloedstroom groter geworden dan de maximale ebstroom (Dronkers et al., 1990) (figuur 1). Als een getijgolf een estuarium binnendringt, wordt deze golf vervormd als gevolg van bodemwrijving, Dit effect is nog groter als een getijgolf vanuit diep water de ondiepere wateren van een kustzone bereikt. Dit is voornamelijk het gevolg van de kleinere waterdiepte in estuaria in vergelijking met een kustzone. Hierdoor neemt het effect van bodemwrijving toe. De vervorming van de getijgolf heeft in het algemeen tot gevolg dat de stroomsnelheden tijdens vloed groter zijn dan de stroomsnelheden bij eb. Het gevolg is dat er een netto landwaarts transport van deeltjes is. Onder bijzondere omstandigheden kan de morfologie aanleiding geven tot een grotere vervorming van de getijcurve met grotere maximale stroomsnelheden bij eb dan bij vloed (Dronkers, 1986). In een geschematiseerd langwerpig estuarium is tussen de stroomsnelheid (horizontale getij) en de waterstand (verticale getij) een faseverschil (Dronkers, 1986). Voor een lopende golf, zoals de getijgolf langs een kust, geldt dat er geen faseverschil is tussen stroomsnelheid en waterstand. Het al dan niet aanwezig zijn van een faseverschil stuurt de transportrichtirig van slibdeeltjes nabij de monding van een estuarium.

111.2 Dichtheidstroming Rivieren kunnen zowel via getijbekkens in zee uitstromen, alswel direct in zee uitmonden. In beide gevallen wordt zoet rivierwater geloosd in zout zeewater. Door deze uitstroom van zoet water met een kleiner dichtheid in het zoute water met een grotere dichtheid ontstaan twee waterlagen met verschillende dichtheden. Deze stratificatie kan worden gereduceerd als 16

de beide waterlagen met elkaar mengen. Als er sprake is van een gestratificeerd estuarium kan er een uitwisseling bestaan tussen beide waterlagen. In de onderste waterlaag dringt een zoutwatertong het estuarium binnen, indien het getij buiten beschouwing wordt gelaten stroomt de rivier over de zouttong in zeewaartse richting. Op het scheidingsviak ontstaan schuifspanningen golfjes die een kleine hoeveelheid zout water uit de onderste laag kunnen opnemen. Het zoete water wordt dus niet in de zouttong doorgemengd maar er vindt een opwaartse menging plaats. Het zoutwater dat wordt opgemengd wordt aangevuld door een instroom van nieuw zout water uit zee (figuur 2). Bij lage rivierafvoer kan de zouttong ver landinwaarts reiken. in de South West Pass van de Mississippi kan de zouttong zich tot meer dan 150 km uitstrekken. Als de rivierafvoer groot is kan de zouttong tot 1 km reiken (Dyer, 1990). in het geval van getijwerking zal door de heen en terug gaande beweging van de watermassa schuifspanning aan de bodem ontstaan. De turbulentie die hierdoor ontstaat vergroot de menging van de beide waterlagen. Niet alleen zoutwater wordt opgemengd met zoetwater, ook zoetwater wordt naar onder toe vermengd met de zouttong. Hierdoor wordt de zouttong verdund en ontstaat er een saliniteitsgradint naar het eind van het estuarium. Door de aanwezigheid van getij is de saliniteitsgradiënt van bij het scheidingsvlak van zoutwater met zoetwater minder abrupt dan zonder getijwerking. Een andere oorzaak voor dichtheidsgradiënten is verschil in temperatuur. Het uitstromend rivierwater heeft een andere temperatuur dan het zeewater. Hierdoor heeft het zeewater een andere dichtheid dan het uitstromende rivierwater. Door dit temperatuurverschil kan een dichtheidsgradiënt ontstaan. Op ieder lichaam dat zich op aarde verplaatst, werkt als gevolg van de draaiing van de aarde de Coriolis kracht. De Coriolis kracht heeft invloed op de windrichting, de richting van de door wind aangedreven stroming en de rivieruitstroom. Het effect van de Coriolis kracht op de door de wind aangedreven stromingen werkt tot in de diepere waterlagen door.

111.3 Golven Golven kunnen erosie bevorderen en depositie verhinderen. Door de orbitaalbeweging van de golven ontstaan nabij de bodem orbitaalsnelheden waardoor de totale schuifspanningen hoger zijn dan bij afwezigheid van orbitaalbewegingen. Slib kan eerder geërodeerd worden dan in een situatie waarbij de goifwerking minimaal is. Bij voldoende ondiep water kunnen bij de bodem drukfluctuaties ontstaan als gevolg van de golfwerking waardoor sediment wordt opgewoeld en makkelijker door de stroom kan worden opgenomen. Drukfluctuaties kunnen ook aanleiding geven tot verweking van het bodemmateriaal waardoor de kritische schuifspanning waarbij erosie kan optreden, afneemt. in hoofdstuk II wordt hierop verder ingegaan. Door de orbitaalbewegingen in de waterkolom wordt het water in beweging gehouden zodat slib moeilijker zal kunnen bezinken.

17

111.4 Windgedreven stroming Wind is naast de getijbeweging ook een belangrijke generator van stromingen (en daarmee samenhangend slibtransport). Grote variaties op de getijstroming op een tijdschaal van dagen tot weken worden veroorzaakt door wind (Visser et al., 1991; van der Giessen et al., 1992). Als de wind lang genoeg (dagen) uit één richting waait, varieert de stroomrichting over de diepte als gevolg van de Coriolie (figuur 3). Echter in de nabijheid van de kust in ondiep water wordt de Ekman spiraal vervormd als gevolg van dichtheidsgradiënten en drukgradinten door waterstandsverschillen (van Rijn, 1990). De koppeling tussen de stroomrichting nabij het oppervlak en nabij de bodem is volgens van der Giessen (1990) ook afhankelijk van de aanwezigheid of afwezigheid van stratificatie. Sterke aanlandige wind leidt tot een windgedreven stroming en een gradule verhoging van de waterstand in kustwaartse richting. Als gevolg van het toegenomen watervolume in kustwaartse richting kan een retourstroming bij de bodem in zeewaartse richting ontstaan. Bij aflandige wind is het proces omgekeerd en is de stroming aan het oppervlak zeewaarts en aan de bodem kustwaarts gericht.

111.5 Turbulentie Turbulentie bestaat uit een sterk variabel snelheidsveld in ruimte en in tijd dat met statistische methoden beschreven kan worden. Turbulentie ontstaat door interactie tussen stroomsnelheid, bodemruwheid en goifwerking Bij turbulente beweging verplaatsen tijdelijk min of meer samenhangende pakketjes vloeistof door het water. Deeltjes die in zo'n vloeistofpak.ketje zitten worden meegevoerd door het water. De turbulentie zorgt voor een netto opwaartse flux van slib indien de slibconcentratie exponentieel toeneemt met de diepte (een "uitgeza.kte slibverticaal'). De turbulentie flux is gelijk aan het product van de concentratie gradiënt en een diffusie coëfficient voor sediment K en kan geschreven worden als -}Ç(dc/dz) waarbij dc/dz de concentratieverandering over de diepte is. De verticale verdeling van het horizontale snelheidsveld wordt bepaald door de verticale turbulente viscositeit. Hierbij wordt impuls doorgegeven in verticale richting. Verticale verspreiding van massa wordt door de verticale turbulente diffusie teweeg gebracht. In een evenwichtssituatie is de flux voor bezinking van deeltjes gelijk aan de turbulentieflux. Dit kan geschreven worden als w,c = -IÇ(dc/dz) waarbij w, de vaJsnelheid en Z de dieptegemiddelde concentratie is. Als de bezinkingflux aan de bodem groter is dan de turbulentieflux dan vindt sedimentatie plaats. Bij veel turbulentie is -K groot zodat de waterbewegin veel slib in suspensie kan houden. De verandering van de concentratie met de diepte geeft bij een evenwichtssituatie met turbulentie een steiler verloop van de concentratie verticaal dan bij afwezigheid van turbulentie. De turbulente energie is sterk variabel over de gehele waterdiepte. Turbulentie kan gedempt worden door een grote verticale dichtheidsgradiënt en door de aanwezigheid van hoge concentraties suspensief materiaal, zogenaamde slibdekens (Verlaan & Spanhoff, 1992; van Leussen, 1994).

18

IV SLIBUITWISSELING TUSSEN BODEM EN WATER

IV. 1 Flocculatie Om deeltjes aan elkaar te binden moet aan twee voorwaarden voldaan zijn. (1) Er moeten processen zijn die deeltjes naar elkaar toe brengen. Flocculatie neemt toe met toenemende concentratie omdat de kans dat slibdeeltjes botsen en aan elkaar binden daarmee groter wordt. (2) De deeltjes moeten cohesief zijn zodat een deel van de botsingen in binding tussen de deeltjes resulteert. Slibdeeltjes hebben in het water een negatieve lading. Voordat de slibdeeeltjes aan elkaar binden, worden de krachten tussen de deeltjes beheerst door elektrostatische afstoting van ionen en aantrekkende Van der Waals krachten. De negatieve deeltjes worden omringt door een laag positieve zoutionen welke de elektrische dubbellaag wordt genoemd. Een toename van de concentratie positieve ionen in het water leidt tot een compressie van de dubbellaag. De aantrekkende krachten kunnen door deze diktevermindering groter worden dan de afstotende krachten. Een botsing tussen deeltjes bij hogere saliniteit zal daardoor eerder tot de vorming van een vlok leiden. Indien het saliniteitsgehalte van het water voldoende hoog is (1-7 O/) heeft de aantrekkende kracht de overhand en treedt flocculatie op (Van Leussen, 1988). Slibdeeltjes kunnen aan elkaar gebonden worden door micro-organismen. Bacteriën, algen en zoöplankton produceren polymeren die de slibdeeltjes als het ware aan elkaar plakken (Van Leussen, 1988; Eisma et al., 1982). De polymeren, ondermeer polysacchariden, kunnen in zout milieu oplossen. Dit kan de mate van flocculatie beïnvloeden. In de literatuur is nog onduidelijkheid over het belang van flocculatie door zout in estuaria. In de klassieke theorie wordt ervan uitgegaan dat verspreid fijn sediment in zoetwater gaat samenklonteren als het in zoutwater komt. Eisma et al. (1980) heeft echter aanwijzingen dat flocculatie ten gevolge van saliniteit geen belangrijke factor is. In tabel II is een overzicht weergegeven over het belang van flocculatie voor de vaisnelheid in de literatuur. Als de slibaggregaten te groot worden, kunnen deze afgebroken worden doordat zij met elkaar in botsing komen of doordat de turbulentie te groot wordt. Turbulentiewervels met een kleinere straal dan het slibaggregaat veroorzaken een drukverschil aan beide zijden van het aggregaat waardoor deze doormidden breekt en uit elkaar valt (van Leussen, 1988).

19

:ante

CrerForr i; .Fine deelt -ier Ir. 01 Flocculatie ir zeewater .Vloed en dichtheicigedreven landinwaarts transport van si ic'viosser circulatié sedimentatie in de havens

I

Santema (1953) .Slibvlokken inmiddels in rivier (vervuiling met Zoutén) .tichtheidgedreven circulatie en flocculatie door touren i belangrijke mechanismen Uiterwijk Winkel Fijn sedirnent in cie rivier inmiddels geflocculeerd (1975) door microbioloalsche factoren Eisrna en Kalf (1980) .Flocculatie door zout niet 1:elancrcik Van rivier naar Zee: toename fijn sediment afname van grotere aagregaten (deflocculatie -Jr,zeewater Eisma et al (1991) Toename afmetinc macrovlokken in gebieden van toenemende saliniteit In gebieden met lagere saliniteit zijn vlokker. fragieler

Tabel II Overzicht van dominante rnechanismen in de literatuur voor aggregatie en transport van slib in het Rijnestuaturn-Nieuwe Waterweg. Uit Van Leussen, 1994.

JV.2 Vaisnelheid Voor lichamen van willekeurige vorm met een diameter tussen de 1 en 100 pm kan de vaisnelheid beschreven worden door de Stokes vergelijking S

= (pp,)gd 181

waarbij g de gravitatie, p,,de dichtheid van een aggregaat, p,,de dichtheid van water, da de diameter van het aggregaat en n de dynamische viscositeit. De vaisnelheid van slib is lastig te bepalen omdat bij monstername slibvlokken uit elkaar kunnen vallen. Daarnaast is de grootte van een slibvlok in het water (in situ) sterk onderhevig aan aggregaatvorming en afbraak. Deze vorming en afbraak kunnen sterk variëren over een kleine periode (tijdens het bezinken van de vlok). De groote van een aggregaat kan ook variëren over het traject dat het tijdens bezinken aflegt. Een derde moeilijkheid is dat als slibvlokken groeien steeds meer water in de aggregaat-matrix wordt ingesloten. De dichtheid van het aggregaat neemt daardoor af bij toenemende diameter zoals blijkt uit figuur 4 (ten Brinke, 1993). De slibconcentratie in het water hangt met name af van de concentratie, de schuifspanning in het water en organische polymeren. De vaisnelheid van slibdeeltjes neemt exponentieel toe met de sedimentconcentratie volgens C

waarbij C de concentratie is en K en m constanten zijn. K en m worden bepaald door andere factoren als saliniteit, turbulentie, type sediment, etc. Zoals vermeld neemt bij toenemende concentratie, als gevolg van de aggregaat vorming, de vaisnelheid toe. Neemt de concentratie teveel toe, meer dan 10 g 1', dan treedt "hindered settling' op (figuur 5). Er zijn dan zoveel slibdeeltjes dat ze niet meer Vrij kunnen bezinken zonder elkaar als het ware 20

te hinderen. Het zal langer duren voor alle slibdeeltjes uitgevallen zijn hetgeen leidt tot een afname van de vaisnelheid. Bij hoge schuifspanningen is de impact van de botsingen zo groot dat afbraak van de slibvlok bij hoge concentraties eerder plaats vindt dan bij lage schuifspanningen. in figuur 6 zijn de relaties voor de diameter van een aggregaat met de concentratie en de schuifspanning samengebracht. Daarbij is geen rekening gehouden met het effect van organische polymeren op de flocculatie. De valsnelheid van deeltjes in turbulent water is veel kleiner, tot een factor 10, dan de vaisnelheid in water dat in rust is, dus als er zich geen turbulenties in het water voordoen (Wolanski, 1992). Doordat de viscositeit van het water mede bepalend is voor de valsnelheid zal een verandering van de watertemperatuur een verandering van de vaisnelheid teweeg brengen. De vaisnelheden van slib werden in het verleden veelal door middel van zogenaamde valbuizen bepaald. De resultaten van onderlinge bepalingen zijn nogal afwijkend van elkaar (van Leussen, 1988). De valsnelheden van slibdeeltjes in een valbuis kunnen bevloed worden door extra flocculatie in de valbuis, invloed van de dimensies van de valbuis of afbraak van aggregaten bij monstername. Valsnelheden van slib kunnen ook bepaald worden met behulp van videocamera's (Ten Brinke, 1993; Van Leussen & Cornelisse, 1993). Het voordeel hiervan is dat de valsnelheid direct in situ wordt gemeten. Verstoringen zoals die bij de valbuis voorkomen worden hiermee vermeden.

IV.3 Depositie Depositie van slib is veelal beschreven aan de hand van de vaisnelheid en de stroomsnelheid. indien het water in een energetisch rustige fase is, waarmee bedoelt wordt dat stroomsnelheid, turbulentie, goifwerking gering zijn, kan het slib sedimenteren. De Kok (1992) hanteert voor depositie de formulering als anders S0 dep

waarbij

c

Tdep

= concentratie = vaisnelheid = bodemschuifpanning voor depositie = kritische schuifspanning voor depositie

Deze formulering staat bekend als de sedimentatieformulering volgens Krone (1962). Bij deze modelbeschrijving is een zeer eenvoudige weergave van depositie gegeven waarbij voorbij wordt gegaan aan variatie in de vaisnelheid onder invloed van de factoren die in het voorgaande genoemd zijn.

IV.4 Resuspensie Resuspensie kan alleen plaatsvinden als er op de bodem voldoende slib voorhanden is. Resuspensie is dan het gevolg van erosie. Erosie kan optreden als de bodemschuifspanning groter is dan de kritische schuifsparining waarbij erosie van het slib optreedt. Resuspensie wordt ook door de Kok (1992) beschreven. Daarin zijn eerder genoemde factoren die resuspensie beïnvloeden zoals turbulentie en golfwerking verdisconteerd door een andere ter 21

aan te nemen. E

77,

- 1) als

t> anders

E=O

waarbij f3 erosie constante = kritische schuifspanning voor erosie Deze formulering staat bekend als de erosieformulering volgens Partheniades, (1965).

IV.5 Settling en Scour lag effecten Sedimentdeeltjes die aan een eb- en vloedbeweging deelnemen, ondergaan veelal een netto verplaatsing. Deze verplaatsing komt door de interactie tussen een asymmetrische stroomsnelheidscurve van een met de eb en vloed meegebewegend watervolume en het verschil tussen erosiesnelheid en depositiesnelheid voor een sedimentdeeltje. Postma (1961) beschrijft dit proces aan de hand van figuur 7. Allereerst wordt ervan uitgegaan dat de getijcurve op een lokatie een symmetrische sinusvorm heeft en dat de stroomsnelheden lineair afnemen van open zee naar de kust. In figuur 7 is de positie van het sedimentdeeltje (horizontale as) ten opzichte van de stroomsnelheid (verticale as) uitgezet. Veronderstel dat een deeltje een snelheid V 1 nodig heeft om in suspensie te blijven. Als beginsituatie wordt de vloedfase genomen waarbij een sedimentdeeltje in suspensie in landwaartse richting wordt getransporteerd. Aan het eind van de vloedduur zakt de snelheid totdat de snelheid onder V 1 komt. Het deeltje kan dan niet meer in suspensie worden gehouden en bezinkt. Doordat het deeltje nog een snelheid heeft zal het niet in punt 2 afgezet worden maar in punt 3 (settling lag) terwijl het omringende water nog verder stroomt. De vloedstroom neemt steeds verder af totdat bij kentering het waterpakket in punt A' is. In de ebfase gaat het waterpakket weer in tegengestelde richting. Omdat de stroomsnelheid die nodig is om een deeltje te eroderen groter is dan de snelheid die nodig is om een deeltje in suspensie te houden, zal de stroomsnelheid van het waterdeeltje te laag zijn als het punt 3 passeert. De stroomsnelheid van het waterpakketje dat vanaf punt B' vertrekt is wel groot genoeg om het sedimentdeeltje kunnen eroderen omdat het meer tijd heeft gehad om voldoende kracht op te kunnen bouwen (scour lag). Het sedimentdeeltje kan nu opgenomen worden om met de ebstroom in zeewaartse richting te worden getransporteerd. Als de ebstroom afneemt tot onder V 1 zal het sedimentdeeltje weer afgezet worden zoals dat aan het eind van de vloed gebeurde. Doordat de stroomsnelheid in landwaartse richting afneemt, zal een watervolume dat voldoende hard stroomt om het slibdeeltje te resuspenderen, na hoogwaterkentering verder van stroomopwaarts afkomstig zijn dan in het geval van de laagwaterkentering (A'B'>AB). Het sedimentdeeltje is gedurende een gehele getijcyclus netto in landwaartse richting verplaatst. Bij elke volgende getijcyclus herhaalt het proces zich weer totdat het sedimentdeeltje zover landinwaarts is getransporteerd dat de ebstroom het sedimentdeeltje niet meer kan opnemen. Settling en scour lag effecten vinden ook plaats voor de kust. Langs de kust neemt de stroomsnelheid in noordelijke richting af door de vervorrning van de Kelvingolf. Analoog aan het settling en scour lag proces in estuaria is de netto verplaatsing van sedimentdeeltjes voor de Hollandse kust in noordelijke richting.

22

IV.6 Slib-zand mengels Voor non-cohesief materiaal is de kritische schuifspanning voor erosie veel lager dan voor cohesief materiaal. Volgens de Shields curve komen zandkorrels met een diameter van 1.0 mm in beweging bij een schuifspanning van 0.5 Pa terwijl de kritische schuifspanning van slib (in het Haringvliet) tussen de 0.5 en de 1.0 Pa ligt (Kuijper et al., 1993). Bij voldoende hoge stroomsnelheid zal zowel voor het zand als voor het slib resuspensie optreden. Bij lagere stroomsnelheden zal alleen het zand geërodeerd worden. Als zandkorrels met de eroderende waterstroom worden meegevoerd, zal door de schurende werking van het zand op de cohesieve bodem eerder erosie plaatsvinden dan wanneer de eroderende waterstroom geen zand met zich mee draagt. Beginnende erosie van slibbodems wordt dus beïnvloed door de beginnende erosie van zandkorrels (Kamphuis, 1990). Bodems waarbij zand met slib is vermengd zal eerst het zand eroderen alvorens slib wordt geërodeerd.

V DOMINANTE SLIIBTRANSPORTMECHANISMEN De combinatie van slibeigenschappen zoals in hoofdstuk II is weergegeven met de waterbeweging uit hoofdstuk T resulteert in een aantal slibtransport-mechanismen welke hier worden beschreven. Van het gebied van de Rijn- en Maasmonding hebben Dronkers et al (1990) in tabel TH per type slibtransport een kwantificering gegeven voor de grootte van het slibtransport. De invloed van slibdekens is niet in deze tabel opgenomen. De frequentie waarmee slibdekens voorkomen is nog onbekend. Slibdekens kunnen verantwoordelijk zijn voor het afzetten van veel slib. Uit echo lodingen blijkt dat de sedimentatie van slib in één week kan netto 2.106 m3 bedragen. Een dergelijke hoeveelheid kan veroorzaakt worden door een binnenstromende bodemlaag van ± 25000 mg/l en een dikte van 0.5m (Wiersma, 1984; Van Leussen & Van Velzen, 1989).

V. 1 Transport door residuele waterbeweging Hoge slibconcentraties in het water leiden tot hogere slibtransporten. Onder rustige omstandigheden zal het meeste slib bezinken. Het zeer fijne slib, waarbij gedacht moet worden aan slib met valsnell-ieden kleiner dan 10 mis, zal zelfs onder deze zeer rustige omstandigheden niet of nauwelijks uitzakken. Dit zeer fijne slib blijft als een soort achtergrondconcentratie aanwezig en beweegt mee met de netto, residuele waterverplaatsing. Een netto, residuele waterverplaatsing kan optreden als gevolg van windgedreven stroming, getij en goifwerking.

V .2 Slibtransport door dichtheidgedseven stroming Dichtheidsverschillen die onstaan door een saliniteitsgradiënt kunnen in een estuarium een circulatiestroming genereren zoals in §111.2 is vermeld. In een hypothetisch geval dat er geen getij is in een bekken, stroomt zoetwater over zoutwater uit zodat de sterke stratificatie een uitwisseling tussen beide lagen bemoeilijkt In het geval van getijwerking zal door de heen en terug gaande beweging van de watermasSa schuifspanning aan de bodem en aan het grensvlak tussen zout en zoetwater ontstaan. De turbulentie die hierdoor ontstaat vergroot de menging van de beide waterlagen. De zouttong wordt verdund en er ontstaat een horizontale 23

saliniteitsgradiënt naar het eind van het estuarium. Door de aanwezigheid van getij is de saliniteitsgradiënt van de halocline minder abrupt dan zonder getijwerking. Door de opmenging van zoutwater met zoetwater is er een compensatie van zoutwateraanvoer langs de bodem. Als slib in deze circulatiestroming wordt ingebracht ontstaat er een resttransport van slib langs de bodem in landinwaartse richting. Aan het oppervlak is de transportrichting tegengesteld aan het transport langs de bodem. Echter doordat slibdeeltjes bezinken, hetgeen versterkt wordt door flocculatie op de overgang van zoetwater naar zoutwater, zal een deel van het slib vanuit het oppervlak in de onderste waterlaag komen waar het zich bij slib dat van zee komt voegt. In landwaartse richting neemt de concentratie van slib toe. Als in estuaria verticale menging optreedt van uitstromend rivierwater met zoutwater neemt de verticale dichtheidsgradiënt af. In horizontale richting tussen het eind en de monding van het estuarium bestaat wel een dichtheidsgradiënt welke een landwaartse richting heeft. Hierdoor kan aan de bodem een reststroom ontstaan zodat ook bij een verticaal gemengd estuarium een circulatiestroming kan worden ontwikkeld. Zodoende onstaat aan de bodem een slibtransport in landwaartse richting In situaties waarbij de dichtheid van het water uniform is over de gehele waterdiepte, stroomt het water aan de bodem en aan het oppervlak normaal gesproken in dezelfde richting. Landurig wind uit dezelfde richting kan een stroming opwekken waarvan de stroomnichting een hoek maakt met de windrichting vanwege het coriolis effect. Hierdoor ontstaat een sedimenttransport waarvan de richting in de diepte kan verschillen als gevolg van de Ekman spiraal. Indien er een sterke stratificatie bestaat, staan de stroomrichtingen aan het oppervlak en de bodem los van elkaar. De richtingen van het slibtransport aan het oppervlak en aan de bodem kunnen hierdoor anders zijn (Van der Giessen et al., 1990).

V.3 Getijgeïnduceerd slibtransport Een asymmetrisch getij heeft consequenties voor het netto sed imenttran sport. In het algemeen kan ervan worden uitgegaan dat door het vervormen van de getijgolf de stroomsnelheden van de vloed groter zijn dan de stroomsnelheden van de eb. Tijdens vloed zal meer slib geërodeerd worden en in suspensie komen doordat de bodemschuifspanningen groter zijn. Daarnaast vergroot de asymmetrie van het getij het settling- en scour lag effect doordat er een verschil ontstaat in de snelheidsgradiënt van de hoogwaterkentering ten opzichte van de laagwaterkentering. Aanvankelijk is het slibtransport veelal in landinwaartse richting door het settling en scour lag effect in combinatie met een landwaarts afnemende stroomsnelheid. Echter door de grotere vloedstroomsnelheclen vanwege het asymrnetrische getij zal het slibtransport in landwaartse richting nog groter worden (Postma 1961). Een ander effect van settling lag is dat de suspensie concentratie hoger is bij vertragende stroom dan bij versnellende stroom zoals in figuur 8 is weergegeven (dyer, 1990). Slibdeeltjes kunnen bezinken als de stroomsnelheden laag genoeg zijn. Voor een getijstroming is dit tijdens kentering. De duur van de kentering is een belangrijke factor voor de hoeveelheid slib die kan bezinken. De duur van de kentering wordt niet alleen bepaald door de asymmetrie van de getijgolf maar ook door de geometrie van het estuarium waardoor heen de getijgolf zich verplaatst. in estuaria met een regelmatige geometrie zonder 24

sterke variatie in wijdte en diepte (h»a) heeft de getijkromme van een, met de eb en vloed meebewegend watervolume, een asymmetrisch verloop (figuur 9). De gradiënt van de stroomsnelheid van het watervolume met de tijd, /dj' is voor de laagwaterkentering kleiner dan voor de hoogwaterkenteririg; dus '/d ,LWK < / d ,HWK. Hierdoor is de periode met lage stroomsnelheden rond laagwaterkentering groter dan rond hoogwaterkentering. Het resultaat is een netto zeewaarts getijgeïnduceerd transport. In een getijbekken met een onregelmatige geometrie, met ondiepe geulen en laagliggende getijplaaten die bij hoogwater deel uitmaken van het natte doorstroomprofiel, duurt de laagwaterkentering langer; dus du /d LWK > /dt ,HWK. Netto import van fijn sediment kan bij dit type getijbekken verwacht worden (Dronkers, 1986). in estuaria met een onregelmatige morfologie (zoals meanderende en sterk vertakkende geulen, intergetijdeplaten) wordt de getijstroom sterk beïnvloed door de geometrie. Op basis van de duur van de kentering kunnen 2 typen estuaria onderscheiden worden. (1) Estuaria met ondiepe geulen en platen die onder het gemiddeld zeeniveau liggen. Hierbij duurt de hoogwaterkentering langer dan de laagwaterkentering. 'Voor het estuarium is een netto import van fijn sediment te verwachten. (2) In estuaria met hoge platen die boven het gemiddeld zeeniveau uitsteken en diepe geulen heeft de duur van de laagwaterkentering de overhand zodat een netto export van fijn sediment optreedt (Dronkers., 1986). Ten Brinke (1990) heeft eenzelfde verschijnsel in de Oosterschelde van v66r de oosterscheldewerken waargenomen. De morfologie bevatte diepe geulen waardoor de laagwaterkentering langer duurde dan de hoogwaterkentering. Het slibtransport was in deze situatie zeewaarts gericht.

V.4 Slibtransport bevorderd door goifwerking In rustige periodes met weinig goifwerking kan in wat diepere gedeelten voor de kust en achter obstakels of obstructies in de stroomluwte slib tot afzetting komen. Gesedimenteerd slib heeft dan de mogelijkheid om bij wat langere periodes van lage stroomsnelheden te consolideren. De erosieweerstand van de slibbodem kan hierdoor flink toenemen zodat wat ruwere omstandigheden kunnen worden doorstaan zonder dat slib uit de bodem wordt losgemaakt. In periodes van hoge golfenergie kan dit gesedimenteerde slib erodeert. Aan de bodem woelen de golven het slib van de toplaag om en boven de bodem vormt er zich een sliblaag met relatief hoge concentraties. De kritische schuifsparining waarbij erosie optreedt, is daardoor afgenomen. Het slib kan makkelijker door de stroming opgenomen en meegevoerd worden. Een ander effect dat goifwerking heeft op het bodemslib is verweking. Uit laboratorium waarnemingen blijkt dat drukfluctuaties door golfwerking het verwekingsproces bevorderen (De Wit & Kranenburg, 1992). Als de golfhoogte een bepaalde drempel overschrijdt, ontstaat boven de bodem een laag ongecompacteerd slib met zeer hoge concentraties van een paar honderd kglm 3 . De goifhoogte die nodig is om verweking te genereren is afhankelijk van de mate van consolidatie van bodem. Het losmaken van slib uit de bodem schrijdt voort totdat een voldoende erosiebestendige laag in de bodem is bereikt of dat de golfenergie te laag is om slib los te maken. De sliblaag boven de bodem krijgt een relatief hoge concentratie en viscositeit hetgeen de golfinvioed bij de bodem vermindert (Vermaas, 1984)

25

\T•5

Huid mud

Door goifwerking kan boven de bodem een sliblaag ontstaan met relatief hoge concentraties. Door de hoge concentratie wordt naast de go]fwerking ook de verticale turbulente menging van massa en impuls onderdrukt. De uitwisseling van sediment met hoger gelegen waterlagen gaat dan moeilijk. Bij het vertragen van de getijstroom neemt de verticale snelheidsgradiënt verder af. Dit leidt tot een verdere vermindering van de verticale turbulente uitwisseling. De sliblaag groeit aan tot een slibdeken, in de literatuur fluid mud genoemd. Als de slibdeken eenmaal gevormd is, worden de turbulenties in de deken gedempt. De slibdeken is daardoor niet in staat verder bodemrnateriaal te eroderen. De getijstroom is net groot genoeg om slib in de deken goed door te mengen en eventueel iets te kunnen versnellen. Neemt de stroomsterkte toe, dan kan de toename van de uitwisseling van impuls en massa zo groot worden dat de slibdeken wordt afgebroken en de slibdeeltjes als afzonderlijk, particulair materiaal in suspensie blijven. Dit is vlak voor het moment van maximale stroomsnelheid. Neemt de stroomsnelheid af dan begint de slibdeken uit te zakken. Rond kentering kan de stroomsnelheid zo sterk zijn afgenomen dat de slibdeken gaat sedimenteren. Op de bodem zijn dan weer vrij grote hoeveelheden slib beschikbaar voor erosie. Als de stroomsoelheden niet sterk afnemen, zal de slibdeken blijven bestaan. Behalve door getijstromen kan de slibdeken ook onder invloed van de zwaartekracht bewegen. De slibdeken kan hierdoor hellingafwaarts bewegen en de diepere gedeelte van de zeebodem, zoals scheepvaartgeulen en putten opzoeken (Verlaan & Spanhoff.. 1992). Drukgradiënten, welke onstaan door o.a. waterstandsveschillen, kunnen slihdekens door advectie verplaatsen, indien de drukgradiënt groot genoeg is en haaks op een scheepvaartgeul staat kan een slibdeken uit deze scheepvaartgeul omhoog stromen (De Kok, mondelinge mededeling).

26

Deel 3: Slibtransportprocessen in het mondingsgebied van Rijn en Maas. \TJ

RUIMTELIJKE \7 ARIABILITEIT

VI.] De slibbalans van de Nederlandse kustwateren Van alphen (1990) heeft een balans opgesteld voor de verdeling van slib in het Nederlandse kustvak. De Kok et al. (1992) hebben de fluxen voor slibtransport bijgesteld aan recentere data. De belangrijkste bronnen voor slibaanvoer zijn (1) door het Nauw van Calais (± 8 . 5.106 ton haar), (2) de \Tlaamse banken (± 1.0.106 ton/jaar), (3) via de Rijn en Maas (± 1 . 0.106 ton/jaar) en (4) Loswal Noord (± 1.4.106 ton/jaar) en (5) erosie van de deltarand voor het Haringvliet (± 0.4.106 ton/jaar). Sedimentatie van slib vindt plaats (1) voor de Zeeuwse eilanden (± 2.2.106 ton/jaar), (2) Europoort (± 0.7'10 ton/jaar) en (3) Loswal Noord (± 0.8.106 ton/jaar). Door het Nauw van Calais wordt slib aangevoerd met valsnelheden kleiner dan 10Y4 mis. Door de grote getijstroomsnelheden die daar heersen is het te verwachten dat het slib homogeen over de verticaal verdeeld is. Slib dat voor de Nederlandse kust aankomt, zal onder rustige omstandigheden sedimenteren. Het zeer fijne slib (waarbij gedacht moet worden aan slib met vaisnelheden kleiner dan 10 mis) zal onder rustige omstandigheden als een soort achtergrond concentratie aanwezig blijven (Visser, 1991: P. Verlaan en W. Vu:Leussen mondelinge mededeling). De valsnelheid van het zeer fijne slib is dusdanig laag di: dit slib niet kan sedimenteren maar homogeen over de gehele diepte is verdeeld. De grotere slibvlokken kunnen bij de heersende stromingscondities wel sedimenteren. In tabel III hebben Dronkers et al (1990) de bijdragen van verschillende kustlangse slibtransportprocessen aan het netto slibtransport voor de Hollandse en Zeeuwse kust gekwantificeerd.

V1.2 Hollandse kustzone Factoren als getij, dichtheidsgradiënten en topografie zijn van invloed op het slibtransport. Als gevolg van het vervormen van de getijgolf,zodra deze in ondieper water terecht komt, is voor de Zeeuwse kust de maximale ebstroom nog sterker dan de maximale vloedstroom. Voor de Hollandse kust geldt het omgekeerde; de maximale vloedstroom overtreft de maximale ebstroom (Tabel III). Het getijgeïnduceerd sedimenttransport is in het zuiden in zuidelijke richting en in het noorden in noordelijke richting. Door het verschil in waterstanc tussen vloed en eb is er een netto waterfiux in noordelijke richting. in het zuiden werkt het getijgeïnduceerd sedimenttransport tegen de waterfiux in terwijl in het noorden de waterfiux in dezelfde richting werkt als het getijgeïnduceerd sedimenttransport. Het gevolg daarvan is dat in het noorden het totale transport toeneemt doordat het slib sneller getransporteerd wordt dan in het zuiden. In het zuiden blijft slib langer in suspensie hetgeen tot hogere suspensie concentraties leidt (Dronkers et al., 1990). Louisse (1986) heeft de indruk dat in het noordelijke deel van de kustzone een resulterend vloedtransport plaats heeft. Hoewel de totale verplaatsing tijdens de vloedfase kleiner is dan die in de ebfase verwacht hij dat de hogere concentratie aan het begin van de vloedfase doorslaggevend is voor een mogelijk resttransport van slib.

27

Ku stzo ne Zuid (Schouwen)

Noord (Noordwijk)

Sedimenttransport van de gemiddelde kusUangse waterfiux

15

7

Dichtheidgedreven circulatiestroming in een verticaal stromingsprofiel

-5

-3.5

Getijgeïnduceerd slibtransport

-4

-5

Correliatie van windgedreven stroming en resuspension door goifwerking

-1

-1

Verplaatsing van slihdekens

lokale invioede van havens en vaargeulen

Topografische circulatie

Lokale invloed aan monding van getijbekkens

Netto transponsom

5

7.5

Tabel 1H Processen die bijdragen aan het kustiangs transport van fijn sedi-ment voor de Hollandse en Zeeuwse kust [10 ton/jaar]. Positief is noord, negatief is zuid (Drorikers et al., 1990) Door het uitsn-omen van rivierwater via de Nieuwe Waterweg en het Haringvliet ontstaan dichtheidsgradiënten. Doordat de zoetwaterbel door stromingen wordt meegevoerd, zal deze langs de Nederlandse kust ten noorden en ten zuiden van het uitstroomgebied worden verspreid (Van Alphen et al., 1988). Door deze zoetwaterbel ontstaan dichtheidsverschillen in longitudinale en verticale richting. Dichtbij de kust is de saliniteit lager dan verder zeewaarts waardoor een gradiënt ontstaat (Visser et al., 1991; de Ruijter et al., 1992). Hierdoor kan een circulatiestroming onstaan met kustwaartse gerichte reststroom langs de bodem (van der Giessen et al..1990) waardoor slib in kustwaartse richting kan accumuleren. Als stratificatie aanwezig is, zal als gevolg van de dichtheidsgradiënt de reststroom nabij de bodem in kustwaartse richting zijn (van der Giessen et al., 1990). Hierdoor vindt in kustwaartse richting accumulatie van het slib plaats. Ook bij aflandige wind kan bij de bodem kusrwaartse siibtransport bestaan. Bij aanlandige wind kan de circulatiestroming door het effect van opwaaiing de dichtheidsgedreven circulatiestroming tegenwerken. Het slibtransport bij de bodem zal in een dergelijke situatie afnemen. Naast meteorologische invloeden is de topografie mede bepalend voor de invloed van golven op resuspensie van slib. Louisse (1987) verdeelt de kustzone in 2 gebieden. (1) stroom gedomineerd gebied met waterdiepten groter dan 1 2m en (2) een golf gedomineerd gebied met waterdiepten minder dan 1 2m. In het stroomgedomineerd gebied vinden resuspensie en erosie voornamelijk plaats door de getijbeweging en windgedreven stroming. In het tweede gebied is de goifwerking op de bodem meer merkbaar. De goifwerking stimuleert het sedimenttransport door een verhoging van de schuifspanning bij de bodem.

NIM

V1.3 Mondintsgebjed Rijn en Maas Voor de Zuidhollandse kust heeft de aanwezigheid van een estuarium een effect op het kustlangse sedimenttransport. Als een deeltje met de beginnende ebstroom het zeegat uitsü-oomt. wordt het op open zee door het restant van de vloedstroorn gevangen. Het deeltje zal eerst in noordelijke richting verplaatst worden alvorens met de ebstroom van open zee in zuidelijke richting getransporteerd te worden. De getijgolf in kustlangse richting is uit fase met de getijdegolf in het estuarium (van den Berg, 1987). De interactie van de getijstroming welke uit het estuarium komt met de kustiangse getijstroming en het asymmetrische getij heeft, voor het zuidelijk deel van de Nederlandse kust, als resultaat dat de netto verplaatsing van een deeltje in zuidelijke richdng is (Dronkers, 1988). De horizontale afstand waarover een rivieruitstroom zich kan verspreiden wordt beïnvloed door het Coriolis effect. De afstand waarover de uitstroompluim van de Rijn bijbuigt in een kustiangse richting wordt gestuurd door de Coriolis kracht. Volgens Van Alphen (1988) komt een evenwicht tussen de drukgradint, Coriolis kracht en de bewegingskracht van het uitstomende deeltje overeen met een radiale uitstroming van zoetwater van maximaal 9 km. De Ruijter et al. (1992) merkt op dat de zoetwaterbel op 10 kin uit de kust van Ter Heide bijdraait. De zoetwaterbel van de Rijn kan dus tot ongeveer 10 km radiaal uitstromen voordat het effect van de kustlangse getijbeweging samen met de Coriolis kracht de overhand krijgt en de zoetwaterbel in kustiangse richting verplaatst. Echter windsnelheid en windrichting hebben een grote invloed op de verspreiding van de zoetwaterbel en kunnen het effect van de Coriolis kracht op de zoetwaterbel teniet doen. Onder ruwe, stormachtige omstandigheden komen in de Eurogeul en de Maasviakte bij de bodem slibdekens met concentraties van 14 gil of meer voor die grote hoeveelheden slib afzetten in korte tijd. In één week kan 2.10'm3 slib in de Maasmond en de Europoort (Eisma et al.. 1982; van Leussen & van Velzen. 1989). Onduidelijk is waarvandaan slib wordt aangevoerd om de slibdekens te voeden. Mogelijk worden slibdekens gevoed door aanvoer uit het zuidwesten, resuspensie vanuit de Maasgeul en Loswal Noord. Iets ten noorden van de havenuitgang ligt Loswal Noord waar baggerspecie wordt gelost. Kort na het storten van baggerspecie wordt bij Loswal Noord een slibdeken gevormd. Deze slibdeken wordt kort na storting door de ebstroom meegenomen en beweegt zich dan in zuidelijke richting met een snelheid van 25 - 29 cmls in de onderste meter (Verlaan & Spanhoff, 1992). Van 1960 tot en met 1990 is er in totaal grofweg 435.106 m3 baggerspecie op Loswal Noord gestort. De baggerspecie bestaat voor zo'n 100.106 m3 uit slib. Waarschijnlijk is gemiddeld ongeveer 20% van het slib op de bodem achtergebleven, vermengd met zand. Naar schatting is gemiddeld 45% van het gestorte slib met de reststroom naar het noordoosten getransporteerd. Gemiddeld 35% van het gestorte slib is door de retourstroom weer terug getransporteerd naar de Maasgeul en de Maasmond (De Kok et al., 1992).

VI.4 Rivier De slibconcentraties in de Rijn en de Maas hangen af van (1) opwoeling van bodemmateriaal door golven, scheepsbewegingen en baggerwerkzaamheden, (2) afvoerbeheersing door spuisluizen, (3) de verschillende stroomregiems langs de rivier, (4) pieken in rivierafvoer. De jaargemiddelde stroomsnelheid in de Rijn neemt bij Lobith af van 80-130 cmjs tot 10-70 29

/ /

cmls bij Amerongen. Dit gaat samen met een afname van de jaargemiddelde suspensie concentratie van ±43mg/i bij Lobith tot l2m2/l in het Haringvliet en 24 mg/l bij Maassluis. In een periode met een stijgende rivierafvoer is de concentratie van suspensief materiaal groter dan in de daaropvolgende periode met dalende rivierafvoer. In het late voorjaar en de zomer voert de rivier vooral smeltwater van sneeuw en gletsjers af. in het najaar en de winter voert de rivier vooral regenwater af. Deze verschillen geven aanleiding tot verschillen in de samenstelling van suspensief materiaal. In de Nieuwe Waterweg en verder rivieropwaarts tot aan de oostelijke havens van Rotterdam is een infiux van suspensief materiaal langs de bodem vanuit de Noordzee. Suspensief materiaal dat in de oostelijke havens wordt afgezet bestaat voor ±90% uit fluviatiel materiaal en voor ±10 17c uit manen materiaal. In de Europoort heeft de rivier een bijdrage van ± 10%. De netto jaarlijkse flux van slib in de havens is weergegeven in figuur 10. Door baggerwerkzaamheden wordt jaarlijks ± 4.106 ton slib uit de havens verwijderd (De Kok et al., 1992). In de Nieuwe Waterweg zijn de concentraties suspensief materiaal bij vloed h6ger dan bij eb. Door de hoge stroomsnelheid, als gevolg van de asymmetrische getijcurve, vindt resuspensie van slib plaats. Dit leidt tot een verhoging van de concentratie suspensief materiaal. Verder stroomopwaarst treedt de concentratie verhoging later op. Deze vertraging komt overeen met de tijd die de getijgolf nodig heeft om zich de Nieuwe Waterweg op te verplaatsen (Van Leussen & Van \7 elzen, 1989). Doordat de snelheidsgradiënt door gravitatiecirculatie bij de bodem tijdens vloed groter is dan tijdens eb, is bij eb de bodemschuifspanning en dus de resuspensie kleiner dan bij vloed. De concentratie is tijdens vloed vergroot waarbij rond de hoogwaterkentering de concentratie nabij de bodem maximaal is (Van Leussen & Van Velzen, 1989). Door factoren als gravitatie circulatie en getij is het slibu-ansport tijdens vloed groter dan tijdens eb zodat het netto slibtransport een landwaartse richting heeft.

'V1.5 Haringvliet Er wordt naar gesu-eeft de afvoer door de Nieuwe Waterweg zo constant mogelijk te houden. Derhalve heeft het Haringvliet een overlaatfunctie voor de Rijn en de Maas. Bij hogere afvoeren van de Rijn en de Maas word bewerktstelligd dat een deel van het rivierwater via het Haringvliet uitsu-oomt aan de hand van het z.g. NLP- '84 spuiprogramrna. Ten tijde van lage rivierafvoeren heeft het slib in het Haringvliet tijd om te consolideren. in de maanden met hoge rivierafvoeren kan dit slib eroderen. Zeewaart van de monding van het Haringvliet ligt een Vrij hoge drempel. indien slib vanuit zee het Haringvliet in wordt getransporteerd (als de sluizen open staan), moet dit slib eerst deze drempel passeren. Het slib zal daarvoor in suspensie moeten zijn. Per saldo zal waarschijnlijk meer slib uit het Haringvliet getransporteerd worden dan dat er geïmporteerd wordt. Dit kan leiden tot extra aanslibbing van de Maasmond en Maasgeul (De Kok et al.. 1992).

30

VII TEMPORELE VARIABILITEIT Slibtransportprocessen hebben niet alleen een ruimtelijke variabiliteit. Ook in de tijd kunnen slibtransportprocessen varieren. De effecten van transportmechanismen kunnen op een kJeinere tijdschaal anders zijn dan op een grotere tijdschaal. De kleinste tijdschaal waarop slib beweegt, is die van turbulente waterbewegingen. De tijdschalen kunnen ook groter zijn, ter grootte van getij, springtij-doodtij tot aan seizoenen en stormfrequentie zoals in figuur 11 is weergegeven.

VII.l Transport door de residuele waterbeweging. De groote van het transport door de residuele waterbeweging wordt voornamelijk bepaald door de groote van de concentratie slibdeeltjes met een zeer lage vaisnelheid. Tijdens springtij zijn de stroomsnelheden groter dan tijdens doodtij. Hierdoor is tijdens springtij de turbulentie groter zodat de slibconcentratie in het water hoger is dan bij doodtij. Het slibtransport zal dus tijdens springtij groter zijn dan tijdens doodtij. Met het toenemen van de windsnelheid zal de stroming die hierdoor wordt aangedreven ook toenemen. De toename van de windsnelheid zal zijn weerslag hebben op de toename van de omvang van het slibtransport. Daarnaast wordt de richting van het slibtransport onderhevig aan verschillen in de windrichting. Op een tijdschaal van seizoenen veranderen verschillende milieucondities welke hun weerslag hebben op de slibconcentratie in het water. In de zomerperiode is het weer rustiger waardoor voor die periode de golfenergie gemiddeld lager is. De watertemperatuur is hoger zodat de viscositeit van het water lager is. Onder deze omstandigheden zal de vaisnelheid toenemen (vergelijk §IV.2).

VII .2 Getij geïnduceerd slibtransport Door de asymmetrische getijcurve en het settling-scour lag effect vindt er een transport van slib plaats. Echter de doodtij-springtij cyclus heeft invloed op de effecten van settling en scour lag. Bij doodtij is het water minder turbulent zodat slib sneller bezinkt dan tijdens springtij. Hierdoor is de settling lag bij doodtij groter. Doordat de kenteringsduur langer duurt, is ook de scour lag groter bij doodtij . Het slib kan dan beter consolideren zodat het langer duurt voordat de getijstroom sterk genoeg is om het slib van de bodem op te wervelen. Tevens is bij doodtij de periode langer waarbij lage schuifspanningen optreden. Op deze gronden is de theoretische verwachting dat het relatieve belang van het getijgeïnduceerd slibtransport ten opzichte van het totale slibtransport voor doodtij groter is dan voor springtij. Voor de verschillende seizoenen kunnen de milieucondities veranderen, zoals watertemperatuur, stormfrequentie en activiteit van micro-organismen hetgeen zijn weerslag heeft op vaisnelheid van slib zoals in het voorgaande is genoemd. Dit veroorzaakt een temporele variatie in de slibconcentratie in het water. De mate van flocculatie varieert ook op een tijdschaal van seizoenen. in het voorjaar en de zomer is er meer zonlicht zodat de bloei van micro-organismen en de productie van polysacchariden toeneemt. Eisma & Kalf (1987) veronderstellen dat het grootste deel van de micro-organismen geen invloed op 31

flocculatie en sedimentatie van slib heeft. Want tijdens of na sedinientatie gaat het grootste deel van de micro-organismen verloren. Visser et al. (1991) en van Leussen (1988) veronderstellen dat de plankton bloei wel van invloed is op de concentratie suspensief materiaal. Door de veranderende milieucondities neemt de valsnelheid van het slib toe. Het residueel slibtransport zal daardoor afnemen. Over de periode 1975-1983 zijn seizoengemiddelde slibconcenu-aties aan het wateroppervlak in de winter beduidend hoger dan in de zomer (Visser et al., 1991). Tevens zijn de concentraties in de zomer uniformer over het wateroppervlak dan in de winter zodat in de winter de concentratiegradiënt in kustdwarse richting groter is (figuur 12).

VI1.3 Dichtheidsgedreven slibtransport Bij een zoetwaterfiux is er een circulatiestroming die slib langs de bodem in landwaartse richting transporteert. Bij springtij zijn de stroomsnelheden groter dan bij gemiddeld tij. De turbulenties zullen groter zijn waardoor een grotere opmenging van zoutwater met zoetwater plaatsvindt. Doordat bij vloed het zeewater verder het land indringt, kan de zouttong ook verder landwaarts doordringen dan bij eb. Tijdens eb kan de rivierafvoer de zouttong verder in zeewaartse richting duwen. Bij springtij is het verticale getij groter dan bij gemiddeld tij zodat bij vloed de zouttong verder landwaarts kan doordringen en bij eb de zouttong verder zeewaarts terugtrekt dan bij gemiddeld tij. Bij doodtij is de getijuitslag veel k]einer dan bij gemiddeld tij. De zouttong zal minder heen en weer verplaatsen zoals dat bij springtij gebeurt maar zal wel relatief meer beheerst worden door het afvoerdebiet van de rivier. De verhouding tussen zoetwater-zoutwaterdebiet draagt bij tot de ontwikkeling van de zouttong en daarmee de effectivieit van de dichtheidgedreven circulatiestroming. Afwisseling van perioden van rustig weer en ruw weer heeft zijn weerslag op de dichtheidsgedreven circulatiestroming en daarmee op het netto slibtransport dat tijdens rustiger weer groter is. Tijdens een periode van ruw weer vindt menging plaats van de zoutwaterlaag met de zoerwaterlaag. De golven breken de zout-zoet interface af. Hierdoor neemt het effect van de dichtheidsstroming af. Door de zoetwateruitstroom van de Rijn onstaan laterale dichtheidsgradiënten die langs de bodem een Stroom in landwaartse richting aandrijft. Uit metingen nabij Noordwijk gedurende een jaar blijkt dat aan het oppervlak een reststroming in noordoostelijke richting bestaat, o.a. vanwege de overheersende zuidwesten wind. Gedurende dat hele jaar is de gemiddelde reststroom bij de bodem hoofdzakelijk in kustwaartse richting. Klaarblijkelijk zijn de jaargemiddelde dichtheidsgradiënten toereikend om dit het hele jaar te bewerkstelligen (van der Giessen et al., 1990; de Ruijter et al., 1992). Uit analyse van de verschillende windrichtingen op het stromingspatroon blijkt dat voor alle windrichtingen de reststroom aan de bodem in kustwaartse richting is met uitzondering van zuidwesten wind (figuur 13). Voor zuidwesten wind is de reststroom over de gehele waterkolom parallel aan de kust in noordoostelijke richting. Mogelijk verspreidt de zoetwaterbel zich bij zuidwesten wind nauwelijks in laterale richting maar hoofdzakelijk in longitudinale richting, evenwijdig aan de kust. Doordat bij zuiden wind de zoetwaterbel sneller naar het noorden wordt getransporteerd, is de hoeveelheid zoetwater voor de Rijn-Maas mond minder en daarmee is de intensiteit van of het gebied met dichtheidgedreven stroming ook minder.

32

\11.4 Effect van colven Voor de Zuid Hollandse kust heeft een significante goifhoogte H < 0.5m weinig effect op de concentratie van fijn suspensief materiaal (Louisse. 1987). Bij grotere goif h oogte. ().5ni < H < 1 .5m. neemt halverwege de ebfase de slibconcentratie toe en bereikt een maximum rond laagwaterkentering en welke voortduurt tot halverwege de vloedfase. Onder nog niet duidelijk afwijkende omstandigheden (mogelijk is een oostelijke wind hierbij van betekenis) kan verhoging van de slibconcentratie gedurende het gehele getij. Het ontstaan van slibconcentratieverhogigen in de ebfase hangt volgens Louisse (1987) vermoedelijk samen met het optreden van tegengesteld gerichte druk- en snelheidsgradiënten in de vertragende ebfase van het getij. Na maximale eb is het waterspiegelverhang voor de Hollandse kust in noordoostelijke richting (positief drukgradiënt) terwijl de stroming nog zuidelijk gericht is. Na het wegvallen van de verschillen in druk- en snelheidsgradinten duurt het enige tijd voordat het effect van een hogere slibconcentratie verdwenen is, waarschijnlijk door het uitzakken van slib. indien de golven H > 1 .5m zijn de concentraties gedurende de gehele getijde cyclus hoog waardoor de slibtransporten ook hoog zijn (Louisse, 1986; Van Leussen & Van \7 elzen, 1989). Bij veel golfwerking worden slibvlokken afgebroken waardoor de vlokken klein zijn en lage valsnelheden hebben. Deze slibvlokken zullen slechts in beperkte mate kunnen bezinken zelfs bij hoogwaterkentering. De effecten van settling lag zijn hierdoor minder effectief. Het belang van het getijgeïnduceerde slibtransport voor het totale slibtransport neemt hierdoor af. Bij stormen zal golfwerking het slibtransport nog meer gaan domineren. In getijdebekkens wordt bij storm veel materiaal opgewoeld dat door de ebstrooni het bekken uit naar zee wordt getransporteerd. In zee spreidt de slibrijke ebstroom zich uit en wordt verdund. De daaropvolgende vloedstroom transporteert water met een lagere slibconcentratie het getijbekken in. Onder ruw weer condities zal een slibrijk getijbekken veelal slib exporteren. Zoals in de vorige paragraaf al werd aangehaald, breken hoge golven die met storm gepaard gaan de zout-zoet interface af waardoor het relatieve belang van dichtheidgedreven circulatie minder wordt.

33

Deel 4: Gewenste representaties van het RIJMAMO-model VIII. 1 Al2emeen Een kombinatie van waterbeweging en slibeigenschappen (zoals flocculatie. valsnelheid, kritische schuifspanningen voor depositie en erosie) is van invloed op slibtransportprocessen in ruimte en tijd zoals in het voorgaande beschreven is. In het RijMaMo-model wordt het slibtransport beschreven door een 3-dimensionaal advectie-diffusie vergelijking. hD & 5hD & 6D & 5hc 6uhc 3vhc -+ + (WC) e (WC)dW (c cd) - - h ±S-E=O 2 2 & öx y &2 daarbij is t de tijd, h de laagdikte, c de concentratie, x en y horizotale coördinaten uit het Cartesisch stelsel, z de verticale coördinaat uit het Cartesisch stelsel, u en v gemiddelde horizontale snelheidscomponenten per laag, w de verticale snelheidscomponent tussen lagen, .e de top van een laag, .d de onderkant van een laag, w de valsnelheid, D2 diffusie in x,y,z-richting, S sedimentatieterm zoals in §IV.3 en E erosieterm zoals in §IV.4 Door getijstroming, windgedreven stroming en dichtheidsgedreven stroming wordt het advectieve transport aangedreven. De dispersie is het gevolg van de combinatie van de horizontale stroomsnelheid en de verticale turbulente diffusie. Bij transport van slib met een zeer lage valsnelheid (w, < lO m/s) is een goede formulering van de residuele waterbeweging belangrijk zoals ook uit tabel III blijkt. Voor de waterbeweging zijn diverse modellen ontwikkeld die een 3D snelheidsveld kunnen beschrijven welke voldoende overeenkomen met het snelheidsveld in de natuur. Om het slihtransport voor de grovere slibfracties zo goed mogelijk na te hootsen, verdienen factoren als valsnelheid, slib concentratie en kritische schuifspanning voor erosie en depositie veel aandacht. De verschillende factoren die de vaisnelheid van slibvlokken kunnen beïnvloeden, kunnen de oorzaak zijn van verschillen tussen gemeten slibconcentraties en met het model berekende slibconcentraties. Doordat het model het effect van slibdekens negeert, is het mogelijk dat het slibtransport door het model onderschat wordt. Goifwerking kan tot verhoging van de slibconcentratie in de waterkolom leiden doordat door goifwerking in combinatie met stroom het slib sneller erodeert dan stroom alleen. Bovendien kunnen golven bezinking van slib vertragen dan wel verhinderen.

34

VIIL2 Slib

\7 alsnel held

De vaisnelheid van slibvlokken wordt beïnvloed door verschillende factoren hetgeen in d voorgaande delen besproken is. Derhalve kan de vaisnelheid gezien worden als een functie van de slibconceritratie in het water, de mate van turbulentie, de temperatuur van het wat.: en de acdviteit micro-organismen. De functie kan variëren in ruimte en tijd. Het is lastig de vaisnelheid in deze vorm in een model op te nemen. Zo bestaat in de literatuur nog g: numerieke formulering voor de invloed die micro-organismen op aggregaatvorming hebben en er er geen eensgezindheid over de relatie tussen aggregaatdiameter, schuifspanning er. concentratie (ten Brinke, in druk). Het verband tussen de vaisnelheid en de slibconcetrati dat beschreven worden middels de formulering w5=kCm is feitelijk een te simpele weergave van de werkelijkheid. Factoren als concentratie, turbulentie en biologische activiteit worden grofweg door de constanten k en m afgeregeld. Bij verschillen tussen modelberekeningen en veidmetingen voor slibtransport moet rekenir. worden gehouden met de beperkingen van de vaisnelheid in het model.

Kritische schuifspanningen voor de depositie en erosie Het settling en scour lag effect zoals dat in deel 1 is beschreven, draagt bij aan het slibtansportproces. Om dit proces in de modellering mee te nemen moeten de kritische schuifspanningen waarbij erosie en depositie van slib plaatsvindt goed afgeschat worden. Deze schuifspanningen hangen af van (1) de mate van consolidatie van het bodemslib, (2 de samenstelling van de bodem (het percentage slib en organische stof in de bodem) en de biologische activiteit in de bodem.

Slibdekens De slibconcentraties in een slibdeken zijn zeer hoog zodat het slibtransport zeer groot kar. zijn, zelfs bij lage stroomssnelheden. Slibdeken kunnen verantwoordelijk zijn voor het plotseling afzetten van grote hoeveelheden slib. Tevens hebben slibdekens effect op de verticale uitwisseling van slib doordat hoge concentraties de verticale turbulenties dempt. Slibdekens kunnen zich zowel onder hun eigen gewicht hellingafwaarts verplaatsen als do2: getijstromen verplaatst worden. Het slibtransportmodel is niet ingesteld op effecten van slibdekens op sedimentatie en erosie.

VI1I.3 Eigenschappen waterbeweging

Korte golven Als gevolg van goifwerking nemen de bodemschuifspanning en de turbulentie toe. Hierdoc: kan slib makkelijker eroderen en wordt het slib langer in suspensie gehouden. Door de hogere turbulenties neemt de vaisnelheid van de slibvlokken af. Verhoging van bodemschuifspanningen heeft ook consequenties voor het proces van settling en scour lag.

35

Het effect van dit proces zal afnemen bij toenemende goifhoogte. Om een indruk te krijgen van het effect van alleen golfwerking (dus zonder stroming) op de hodemschuifspanning. wordt bekeken bij welke goifhoogte (H) en periode (T m0) bij de bodem de piekwaarde van de horizontale snelheidscomponent van een golf (û) de kritische bodemschuifspanning (U..) overschrijdt. Uitgaande dat erosie optreedt bij een U.=0.025m/s (indien consolidatie heeft plaatsgevonden, zal Ucî groter zijn) wordt bekeken wanneer de golf de bodem voelt als deze uit het noordwesten , westen dan wel zuidwesten komt. De gemiddelde goifhoogte en periode voor de 3 verschillende golfrichtingen is resp. 1.06m-4.4s, 1.20m-4.4s en 0.99m4.2s. Golven van deze orde zullen bij een waterdiepte van 18 â 20m aan de bodem een orbitaaisnelheid veroorzaken van ±0.025m1s. Bij locaties waar de waterdiepte kleiner is dan 1 8m moet rekening worden gehouden met de invloed van goifwerking. Daar waar de waterdiepte groter is dan 20m is de invloed van goifwerking op het sliptransport kleiner. Door golven treedt ook menging van waterlagen op. Als gevolg hiervan neemt het effect van de dichtheidgedreven circulatie af zodat ook het slibtransport dat hiermee gepaard gaat, afneemt.

Effect van variaties in windrichting Windgeclreven stroming heeft niet alleen direct invloed op het netto slibtransport, ook indirect heeft de windrichting invloed op het netto resttransport van slib door opwaaiing of afwaaiing en op de omvang van de afvoer van de zoetwaterbel. Zoals in §Vl.3 is vermeld, kan door wisselende windrichtingen van invloed zijn op de de verspreiding van de zoetwaterbel en de intensiteit van de dichtheidgedreven stroming en dus het netto slibtransport.

Getij In een evenwichtssituatie heeft de snelheidsverticaal over de diepte een logatimisch profiel Door eb en vloedbewegingen zal door de versnellende en vertragende stroomsnelheid de snelheidsverticaal niet in een evenwichtssituatie verkeren behalve bij maximale eb- en vloedstroomsnelheden. Derhalve zal in de getijfase waarbij de stroomsnelheid vertraagd of versneld, de snelheidsverticaal geen logatimisch snelheidsprofiel hebben. Het omvang van het slibtransport aan de bodem in de natuur kan hierdoor afwijken ten opzichte van modelberekenin gen.

VIII.4 Samenvattend Om het sliberansport over de verticaal te simuleren moet met meerdere lagen in de verticaal gerekend worden. Daarbij dragen de lagen vanaf de bodem tot halverwege de waterdiepte het meest bij aan de totale slibconcentratie (De Kok et al., 1992). In verband met de grote variatie die in de valsnelheid kan optreden moet de vaisnelheid zo goed mogelijk worden afgeschat onder verschillende omstandigheden. Nabij de monding van de Nieuwe Waterweg en het Haringvliet moet voor de vaisnelheid rekening worden gehouden met saliniteit- en temperatuursverschillen tussen het uitstromende rivierwater en het omringende zeewater. Voor de erosie en sedimentatie formuleringen is het belangrijk dat de kritische 36

schuifspanningen voor erosie en depositie van slib goed afgeschat worden. Daarbij is het van belang dat er rekening wordt gehouden met de bodemsamenstelling. De invloed van golven op de bodemschuifspanning moet, als extra effect bovenop het effect van stroom. in het model kunnen worden opgenomen, eventueel via een omweg door een lagere kritische schuifspanning voor slib aan te nemen. Om het RIJMAMO-model te verifiëren met veidmetirigen kan gebruik worden gemaakt van de metingen die in de inventarisatie zijn opgenomen. Echter niet alle processen die met het RIIMAM 0-model gesimuleerd moeten worden, kan met deze reeks metingen worden geverifieerd. De 13-uursmetingen zijn alleen lokaal op één moment in de springtij-doodtij cyclus de situatie voor slibconcentraties en stromingen wordt weergegeven. Op een beperkt aantal lokaties zijn duurmetingen verricht. Daarbij lag de nadruk voornamelijk op het meten van slibconcentraties en veel minder op het meten van de stroming of saliniteit. Daarnaast zijn de duurmetingen voornamelijk rondom de baggerstortlokatie Loswal Noord uitgevoerd. Bij de duurmetingen van het Rhine Plume Experiment (zie §11.2) wordt zowel saliniteit, transmissie en stroming gemeten, maar te hoog boven de bodem (l'Am â 3m boven de bodem). Om het grootschalig slibtransport voor de Nederlandse kust met het RLIMAMO-model te kunnen simuleren is het aanbevelingswaard om een reeks duurmetingen te organiseren. Deze metingen moeten verschillen in slibtransport ten gevolge van springtij-doodtij cycli, hoge en lage rivierafvoer en rustig- en ruw weer situaties bevatten. Door het gebrek aan duurmetingen ten zuiden van de Maasgeul en vanwege de mogelijke invloed van het Haringvliet op het slibtransport langs de kust is het raadzaam om duurmetingen voor de kop van Goeree en de Maasvlakte te verrichten.

37

Referenties Alphen, J.S.L.J. van, Ruiter, W.P.M. de & Borst, J.C., 1990. Outfiow and tree- dimen si onal spreading of Rhine river water in the Netherlands coastal zone. In J. Donkers & W van Leussen (eds.), Physical processes in estuaries, Springer-Verlag. Berlin-Heidelberg-NewYork:7 1-92. Alphen, J.S.L.J. van, 1990. A mud balance for Belgian-Dutch coastal waters between 1969 and 1986. Neth. J. Sea Res. 25: 19-30. Berg. J.H. van den. 1987. Toelichting bij de isobatenkaart Voordelta 1975-1984, Rijkswaterstaat, Nota ZL 87.0020. Brinke, W.B.M. ten, 1993. The impact of biological factors on the deposition of finegrained sedirnent in the Oosterschelde (the Netherlands). PhD-Thesis University of Utrecht. Brinke, W.B.M. ten, in druk. Temporal variability in aggregate size and settling velocity in the Oosterschelde (the Netherlands). Dronkers. J.. 1986. Tidal asymrnetry and estuaririe morphology. Neth. J. Sea Res. 20 : 117131. Dronkers, J., 1988. Inshore/offshore water exchange in shallow coastal systems. Coastal and Estuarine studies vol.22: 3-39. Dronkers.J., Alphen. J.S.L.J. van & Borst, J.C., 1990. Suspended sediment transport processes in the Southern North Sea. Coastal and Estuarine studies vol. 38: 302-320. Dyer, K.R., 1988. Fine sedimnet particle transport in estuaries. In J. Donkers & W van Leussen (eds.). Physical processes in estuaries. Springer-Verlag. Berlin-Heidelberg-NewYork:295-3 10. Dyer, K.R.. 1990. Coastal and Estuarine Sediment Dynamics. John Wiley & Sons 342pp Giessen. A. van der, Ruijter, W.P.M. de, & Borst. J.C., 1990. Three-dimensional structure in the dutch coastal zone. Neth. J. Sea Res. 25: 44-55. Kamphuis. J.W., 1990. Influence of sand or gravel on the erosion of cohesive sediment. J. Hydr. Res. 28: 43-53 Kok, J.M. de. 1992. A three-dimnesional finite difference model for computation of nearand far-field transport of suspended matter near a river mouth. Cont. Shelf Res. 12: 625642. Kok, J.M. de, Lourens, J.M. en Ruig, J.H.M., de, 1992. Baggerspecie, van watterweg tot Waddenzee. Rijkswaterstaat, DGW-92.030. Kuijper, C., Comelisse, J.M. & Winterwerp, J.C., 1993. Erosiegedrag van Haringvlietslib. WL-Z705 Krone R.B., 1962. Flume studies on the transport sediment in estuarial processes. University of California, Berkeley.

Leussen. W. van, 1988. Aggregation of particles, settling velocity of mud flocs. A review. in J. Donkers & W van Leussen (eds.). Physical processes in estuaries, Springer-Verlag. Berlin-Heidelberg-New-York:347-403. Leussen, W. van, 1994. Estuarine macroflocs and their role in fine-grainde sediment transport. PhD-thesis Utrecht University, 480pp. Leussen, W. van & Comelisse, J.M., 1993 The determination of the size and settling veloeities of estuarine flocs by an under water video system. Neth. J. Sea Res. (in druk). Leussen. W. van & Velzen. E. van, 1989. High concentration suspension:their origin and importance in Dutch estuaries and coastal waters. J. Coastal Res. Special issue no. 5: 1-22. Louisse, C.J., 1986 Analyse van permanente slibconcentratie-metingen in de kustzone nabij hoek van holland. Rijkswaterstaat Nmie:GWAO-86.230. Louisse. C.J.. 1987 Aard en omvang van het slibtransportgebeuren op Loswal Noord. Rijkswaterstaat Nota GWAO-87.002. Postma, H., 1961 Transport and accumulation of suspended matter in the Dutch Wadden Sea. Neth. J. Sea Res. 1: 149-189. Rijn. L.C. van, 1990. Principels of fluid flow and surface waves in rivers, estuaries, seas and oceans. Aqua Publications 335pp. Partheniades E. (1965) Erosion and deposition of cohesive soils. Journal of Hydraulic Engineering, 115, 1076-1112. Ruijter, W.P.M. de, Giessen, A. van der & Groenendijk, F.C., 1992. Current and desity structure in the Netherlands coastal zone. In: D. Prandle (ed.) Dynamics and exchanges in Estuaries and the Coastal Zone. American Geophysical Union, Coastal and Estuarine Science. Verlaan. P. & R. Spanhoff, 1992 In situ procesonderzoek aanslibtransport met duurmetingen bij de zeebodem Rijksuniversiteit Utrecht. IIvIAU R 92-2. Vermaas, H., 1984 Slibtransport onder invloed van golven. Literatuurstudie rapport 11. Waterloopkundig Laboratorium & Rijkswaterstaat/RIKZ notitie C-4704. 11. Visser, M., Ruijter, W.P.M. de & Postma, L., 1991. The distribution of suspended matter in the Dutch coastal zone. Neth. J. Sea Res. 27: 127-143. Wit.P.J. de & Kraanenburg, C., 1992. Liquefaction and erosion of China Clay due tot waves and currents. Proc. ICCE 92 vol 3. Wiersma, J., 1984. Acoustisch onderzoek bodemslib in relatie tot sedimentatie in toegansgeulen en zeehavens. Doel, achtergrond, opzet. Rijkswaterstaat NZ-N-84.07. Wolanski, E., Gibbs, R.J., Mazda, Y., Metha, A. & King, B., 1992. The role of turbulence in the settling of mud flocs. J. Coastal Res. 8: 35-46.

/

- o

2)

-

=

2c, 0

N

\J

NJ

Nl Figuur 1 Vervorming van de getijgolf langs de Nederlandse kust (Dronkers et al., 1990)

Sahoy

ver Sec

• /•-

/

Figuur 2 Schematische weergave van dichtheidsgedreven stroming en de verspreiding van fijn sediment in een gedeeltelijk gemengd estuarium (Dyer, 1990)

/ -v

Figuur 3 Onverstoorde Ekman spiraal als gevolg van de Coriolis kracht (Van Rijn, 1990)

000

100

>' n

10

1

-

10 100 1000 Dameer (micmn)

- --- -- - Seotemoer rr'ver

1

:-WS

1. eoeLWS

v4oerrroer 000*v4WS

Figuur 4 Afname van de dichtheid van een slibaggregaat ten opzichte van de grootte van het slibaggregaat (Ten Brinke, 1993).

-

1iç

10

10 SusendeC corcer.rrcron

Figuur 5 Verandering van de vaisnelhejd van slibvlokken bij toenemende slibconcentratie (Dyer, 1990)

riguur

/ CLUII1

de symbolen.

en scour iag proces

riguurt eiau(-- tussen Ge grootte van de slibvlok, concentratie en de schuifspanning (Ten Brinke, in druk)

r-osuiia,

1oI). Lie

ue teKst voor ue veriaring Van

26

-

71OOm O - 5Cm

2

/

2?'20— [

18

16

H

• 2

-

o

wDOE'

SE EDE OCTO' 8

b

SB

ESE' SC( ,QCflO *5

M eon cur renr veoclty , u ( m

Figuur 8 Hysterese van de slibconcentratie met de stroomsnelheid gedurende een ebfase voor twee korreigrootte fracties op 4m boven de bodem (Dyer, 1990)

Figuur 9 Stroomsnelheidscurve in de Waddenzee en de Oosterschelde (Dronkers et aL, 1990)

/ /

~,V9

/ /

aanvoer vanaf rivier

/ /LwN '

//

\

Havens aanvoer

vanuit zee

Figuur 10 Slibbalans van de Nieuwe Waterweg en de nabij mgelegen kustzone met Loswal Noord. De getallen geven megatonnen aan (naar De Kok et al., 1992)

erosie lirneniaDe fioccuiac bez1riang

Weer

-

ZOmer- -uer Item araruur

erosie se.UimeniaDe fiocuiaoe -'- bezsn.o.ng consoLidaue rrucooreamsrnen

doocuij-spnnuj

turoujenoe erosie -'- sedirnentatie consoiiaace

cb-vioecl

fioccuiaue oezsnn erosie seoirnentzoe con soLidae turoaienoe

—

—

lenuel

0.01 0.1

10 100 1000

Dagen

Figuur 11 Temporele variatie van slibtransportprocessen

•-r

- -. -.

t

./

a

/ 7 -'-'-----— cm'-- . b

—

1 '1.

-Y .c.->---- c /'-L'--

Figuur 12 Ruimtelijke verdeling van fijn suspensief materiaal [mg r'] in de zomer (a) en de winter (b) en van de saliniteit tijdens de winter (c). De concentraties zijn alleen geldig aan het wateroppervlak (Visser et al., 1991)

Figuur 13 Residuele stroomsnelheden in een raal voor Noordwijk waarbij de wind uit 4 verschillende winstreken komt (Van der Giessen et al., 1992)

Appendix: Adressenlijst British Oceanographic Data Centre (BODC) Proudman Oceanographic Laboratory Bidston Observatory, Birkenhead, Merseyside L43 7RA United Kingdom Directie Noordzee (DNZ) K000pmanstraat 1 Postbus 5807 2280 HV Rijswijk, ZH. Directie Zuid-Holland (DZH) Boompjes 200 Postbus 556 3000 AN Rotterdam Instituut voor Manen en Atmosferisch Onderzoek Utrecht (IIMAU) Princetonplein 5 Postbus 80000 3508 TA Utrecht Instituut voor Meteorologie en Oceanografie Utrecht (I1MOU) Princetonplein 5 Postbus 80000 3508 TA Utrecht Oceanographic Company of the Netherlands (OCN) Engelandlaan 384 Postbus 7429 2701 AK Zoetermeer Rijksinstituut voor Kust en Zee Onderzoek (RIKZ) Koningskade 4 Postbus 20907 2500 AE 's-Gravenhage Rijksinstituut voor Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling (RIZA) van Leeuwenhoekweg 20 3316 AV Dordrecht

TW D FAS RAPPORT

MEETPLAN SLIBTRANSPORTMETINGEN TEN BEHOEVE VAN HET RIJMAMO-MODEL Claus Kruyt

IMAU R94 - 7

INH OUI) 1. Inleiding

1

2 Meeilan 11.1 Projectbeschijving ............................................2 11.2 Beschrijving INVOWA slibtransportmetingen ........................2 11.3 Locatie verankeringen .........................................2 11.4 Periode ...................................................2 11.5 Algemene belang van de metingen en de relatie met andere projecten ........3 11.6 Verankeririgen ..............................................3 11.7 Scheepsmetingen ............................................ 5 11.8 Monsterverwerking ........................................... 5 11.9 Personen betrokken bij INVOWA-metingen 1995 ......................6 11.10 Overzicht tabellen meetaanvraag .................................6 Verwerking waarnemingen en analyse gegevens ............................12 Bijlage: Afvoeren bij Haringvlietsluizen en Maassluis 1988-1992

1 P'LEWP'G Het op te zetten numeriek model RTJMAMO (= RIJn-MAas-MOnd-model) omvat de Voordelta. de Mond van de Nieuwe Waterweg tot en met de Rotterdamse havens, en (de monding van) het Haringvliet. Het 3-D model moet in dit gebied de zout/zoet, hydrodynamische, morfologische en stoftransport verschijnselen kunnen weergeven. In het eerste fase rapport (IMAU R 94-5) is een inventarisatie gemaakt van slibtransportmetingen en een verkenning uitgevoerd van slibtransportmechanismen in het mondingsgebied van de Rijn en Maas. Naar aanleiding van de bevindingen in het eerste fase rapport is gebleken dat de veldmetingen van slib in de waterkolom uit het verleden ontoereikend zijn om het RIJMAMO-model mee te kunnen afregelen. Met name ontbrak het aan lange duurmetingen van slibconcentraties in de onderste paar decimeters nabij de bodem. Tevens zijn er in het zuidelijke deel van het RIJMAMO-gebied, ten zuiden van de Maasgeul, geen lange duurmetingen die variaties van de slibconcentratie weergeven. Om het RIJMAMO-model te kunnen afregelen worden lange duurmetingen van slibconcentraties voorgesteld. Hiervoor is een meetpian opgesteld waarbij rekening wordt gehouden met zowel ruimtelijke als temporele variaties. In hoofdstuk III is een voorzet gegeven voor de verwerking van de waarnemingen en de analyse van de meetgegevens. Als bijlage is de afvoer bij de Haringvlietsluizen en Maassluis in de periode 1988-1992 opgenomen. Slib wordt vaak gedefineerd als de sedimentfractie die kleiner is dan 53 p4 m. Echter door vorming van aggregaten kan de sedimentfractie groter dan 53 jm zijn. Daarom wordt in dit rapport slibconcentratie als totaal zwevende stofgehalte beschouwd. Het meetpian is opgesteld in de maanden juli en augustus 1994 door de Universieit Utrecht (UU), vakgroep Fysische Geografie, in opdracht van het Rijksinstituut voor Kust en Zee in 's-Gravenhage onder contractnurnmer overeenkomst RKZ-017. Het opstellen van het meetpian is begeleid door dr. W.B.M. ten Brinke (UU) en mw. ir. J.C.A Joordens (PJKZ). Graag wil ik hier, naast de genoemde begeleiders, voor hun discussie en kanttekeningen bedanken: drs. M. Ebben (RIZK), dr. ir . R.C. van Oort (RIKZ), C. Bijleveld (DNZ), drs. J. de Kok (RJKZ) en ir. D. Ludikhuize (RIZA)

1

JJ MEETPLAN

11.1. PROJECTBESCHRI.JVI1\G J 1992 is door Rijkswaterstaat (RIKZ, Dir. Zuid-Holland en Dir. Noordzee) aan het Waterloopkundig laboratorium opdracht gegeven een waterbewegingsmodel te ontwikkelen voor het kustgebied van de Voordelta/Mond Waterwe(, , de Rotterdamse havens en (de rronding van) het Haringvliet. Dit RIJMAMO-model (=RIJn-MAas-MOnd-model) is "tgebreid met een module die de slibconcentraties in 3 dimensies modelleert. '1 cn behoeve van de afregeling voor het slibtransport van het 3D-RIJMAM0-model met behulp van veidmetingen, is een inventarisatie van slibtransportmetingen gemaakt en een vcrkenning uitgevoerd naar slibtransportmechanismen in het gebied van het RIJMAMO-model (JMAU R94-5). Naar aanleiding van deze studie zijn lacunes geregistreerd in de aanwezige Jibtransportmetingen. Het project INVOWA zal naar aanleiding hiervan in 1995 metingen Uitvoeren.

11.2. BESCHRUVING INVOWA SLIBTRANSPORTMETINGEN Voor de Nederlandse kust is er een resttransport van slib in noordelijke richting. Het slihtransport langs Nederlandse kust wordt beïnvloed door verschillende factoren zoals getij, effect van golven, rivierafvoer en planktonbloei. Om het slibtransport langs de kust te bepalen moet rekening worden gehouden met deze factoren. Dc meetperiode moet lang genoeg zijn om verschillende fasen te bevatten met: (1) een (loodtij-springtij cyclus, (2) een afwisseling van ruw-weer en rustig-weer condities, (3) hoge en minder hoge rivierafvoer en (4) voor en na de planktonbloei.

11.3. LOCATIE VAN DE VERANKERINGEN Als gevolg van de invloed van het Haringvliet en de Maasgeul op het slibtransport langs de kust en de verspreiding van de slibmetingen uit het verleden, is een raai gekozen vanaf de Maasvlakte tot 25 km zeewaarts, de begrenzing van het RIJMAMO-model. In figuur 1 is een deel van deze raai weergegeven. Met behulp van verankerde meetpunten zal op verschillende POsities in de raai continu slibconcentratie en stroming over de diepte gemeten worden. Daarnaast zullen een aantal instantane metingen vanaf schepen worden gedaan als aanvulling op de metingen met de verankeringen.

11.4. MEETPERIODE Het plaatsvinden van hoge rivierafvoer heeft de grootste kans in de maand maart. De afvoerpiek kan zowel aan het begin als aan het eind van de maand maart v66rkomen. De planktonbloei treedt omstreeks april op. Om slibtransport ook tijdens een springtij-doodtij Cyclus en perioden met verschillende weerscondities te meten is er voor gekozen om met behulp van verankerde meetpunten gedurende een aaneengesloten periode te meten, vanaf week 6 tot week 20. - - r --'-

- S

( ucc

2

U.S. ALGEMENE BELANG VAN DE METINGEN EN DE RELATIES MET ANDERE PROJECTEN Het bijzondere van deze meting is dat er voor het slibtransport een relatie wordt gelegd tussen het slibtransport bij de bodem en hogerop in de waterkolom. Tevens wordt het slibtransport tijdens verschillende perioden en weerscondities beschouwd. Uit deze meting kan tevens een schatting worden gemaakt van de massa slib die langs de Hollandse kust wordt getransporteerd. Door de aard van deze metingen is de kans groot dat slibdekens gesignaleerd worden, hetgeen in het verleden nog maar sporadisch is voorgekomen. Indien een slibdeken gesignaleerd wordt, kunnen deze metingen aanvullende inzichten verschaffen in de bijdrage van slibdekens op het totale slibtransport. Meerdere projecten richten zich op de kustzone van de Noordzee. Het project PROFILE richt zich op de rol die de zoetwateruitstroom van de Rijn op fysische en biologische processen in de kustwateren heeft. PMNS (Particulate Matter North Sea) concentreert zich op de particulaire stoffen in de Noordzee zoals slib, plankton en detritus. Het doel van deze studie is om te onderzoeken in hoeverre met behulp van rernote-sensing beelden de ruimtelijke spreiding van particulair materiaal nabij het wateroppervlak gedetecteerd kan worden en vooral hoe onderscheid tussen verschillende particulaire fracties kan worden gemaakt. Het PMNS project kan zijn voordeel doen met de metingen van het INVOWA project door tijdens de meetcampagne hun waarnemingen te doen. RIZA doet in de monding van de waterweg een studie naar het slibtransport. De data die uit de metingen van het INVOWA-project voortkomen kunnen als randvoorwaarden dienen voor de studie en eventuele metingen van het RIZA. Daarnaast kunnen gegevens van het RIZA een aanvulling zijn voor het INVOWA-project. INVOWA, PROFILE, PMNS en RIZA hebben elk hun eigen afgebakende doelstellingen, maar de verschillende projecten kunnen elkaar aanvullen om tot een geïntegreerd beeld te komen van de fysische en biologische processen die zich in de kustwateren voordoen.

11.6. VERANKERINGEN In verband met het aantal instrumenten waarover beschikt kan worden en de intensiviteit van zowel de service aan de instrumenten tijdens de metingen als de uiteindelijke verwerking van de meetgegevens, zal op maximaal 3 lokaties een verankering komen. In verband met de hoge slibconcentratie die nabij de kustlijn wordt verwacht, zal één verankering op ca 2 km afstand uit de kust (Maasvlakte) komen waar de waterdiepte 10 m - NAP is. Een tweede verankering komt op ca. 5.5 km afstand uit de kust waar de waterdiepte gemiddeld 16.5m -NAP is. Een derde verankering komt op ca. 10 km afstand uit de kust waar de waterdiepte 20 m -NAP is. De exacte posities zijn afhankelijk van de scheepsvaartomstandigheden ter plaatse. Vanwege het verloop van het verticale profiel voor de slibconcentratie wordt de troebelheid bij de verankeringen op 0.15 m, 0.90 m, 1/4 waterdiepte en 1/2 waterdiepte boven de bodem gemeten en im onder het wateroppervlak gemeten. Ook het snelheidsprofiel wordt over de gehele verticaal bepaald.

3

Instrurnentatie verankeringen De parameters die gemeten worden zijn: troebelheid / zwevende stofconcentraties, stroomsnelheid en -richting, salinitei t, temperatuur, chloroph yU -f1 uorescentie en chlorophyll-a concentratie. Vanwege het verticale profiel voor de slibconcentratie wordt de troebelheid op 5 hoogtes in de verticaal gemeten. Op 0. 15 m en 0.90 m boven de bodem wordt met een 'MEXtroebelheidssensoren' gemeten. Op 14 en 1/2 waterdiepte boven de bodem wordt met een 'Hydrolab' of een 'ME Memoryprobe' gemeten en im onder het wateroppervlak met een 'ME Memoryprobe'. Met de 'ME Memoryprobe' of met 'hydrolab' worden ook temperatuur en saliniteit gemeten. Met de 'ME Memoryprobe' kan tevens de chlorophyll-fluorescentie gemeten worden. Het snelheidsprofiel over de gehele diepte wordt gemeten middels een ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) die op de bodem staat en twee electromagnetische stroomsnelheidsmeters (EMS) in de onderste meter, waar de ADCP niet kan registreren. De 2 EMS-en moeten op dezelfde hoogte als de twee MEX-troebelheidssensoren in een frame worden geplaatst. Op het frame wordt een drukdoos geplaatst waarmee de waterhoogte boven de bodem wordt gemeten. Aan het oppervlak kan een OSM (Onderwater StroomMeter) geplaatst worden. Iedere verankering wordt voorzien van een PAR lichtmeter op de thorusboei, en zal beschermd worden door een DGSM dekkingsboei.

Uitleggen, onderhoud en binnenhalen van de verankering De drie verankeringen, inclusief de ADCP's zullen in week 6 worden uitgelegd en na week 19 binnengehaald worden. In verband met het verloop van de registratie van de sensoren moeten alle sensoren van de verankering regelmatig gekalibreerd en onderhouden worden. De kalibratie van de sensoren van de verankering kan ter plaatse vanaf het schip gedaan worden, in het 'calibratie frame'. Alle sensoren van de verankering worden in het frame gezet dat gedurende één uur op eenzelfde diepte in het water hangt. De sensoren registreren gedurende dit uur de verschillende parameters. Ter vergelijking wordt ter hoogte van het frame een watermonster genomen dat vervolgens in het labaratorium geanalyseerd wordt. De procedure voor de kalibratie zal minimaal eens per maand moeten plaatsvinden. De verankering die het dichtst onder de kust staat zal vaker (eens in de twee weken) een servicebeurt moeten krijgen omdat vervuiling van de sensoren hier eerder zal plaatsvinden.

El

11.7. SCHEEPSMETD.GEN 13-Uu rsrnet Ing Als aanvulling op de metingen met de verankeringen worden 13-uursmetingen vanaf het schip uitgevoerd. Daarbij wordt elk half uur de troebelheid, saliniteit, temperatuur, chiorophylifluorescentie, stroornsnelheid en stroomrichting gemeten met behulp van een 'CTD/Rosenesampler' en een stroommeter. Tevens worden elk uur op 3 waterdieptes watermonsters genomen die in het laboratorium worden geanalyseerd op saliniteit, chlorophyll- en zwevende stofgehalte. Met een Engels instrument voorzien van waterfiessen wordt op 6 dieptes nabij de bodem watermonsters genomen, waarbij zwevende stofgehaltes bepaald worden. In verband met de lange meetperiode is het wenselijk eens per maand een 13-uursmeting te plannen. Vanwege de concentratiegradiënt van slib in kustwaartse richting moet voor per maand een 13-uursmeting aan zowel de zeerand van het modelgebied als nabij de kustzone gepland worden. De 13-uursmeting dient tijdens springtij plaats te vinden omdat dan de slibconcentraties in het water het hoogst worden verondersteld.

\7 alsnelheidsmetiiigen De 1 3-uursmetingen kunnen gecombineerd worden met metingen voor valsnelheden van slihvlokken. Hiervoor kan een VIS (Video Insitu System) gebruikt worden. Metingen met de VIS worden sirnultaan met de 13-uursmetingen gedaan. De meetperiode waarin de 13-uursmetingen vallen is ook gunstig voor valsnelheidsmetingen omdat zowel voor als na de planktonbloei gemeten wordt.

Troebe1heid-tracks Om een indruk te krijgen van de verdeling van de zwevende stofconcentraties over de gehele raai en in hoeverre de resultaten van de verankeringen op tussenliggende posities geïnterpoleerd mogen worden, moeten troebelheid-tracks' gevaren worden. Bij deze tracks wordt op ca. 8 lokaties in de raai met behulp van een 'CTD/Rosette sampler' en een 'MBAstroommeter' de troebelheid en stroming over de diepte gemeten. Om de gehele raai te meten duurt ongeveer een halve werkdag zodat de raai twee maal gevaren kan worden op één dag. Deze metingen worden in het ideale geval twee keer per maand tijdens springtij gedaan omdat dan de variatie in slibconcentraties tussen maximale stroming en kentering groot is.

11.8. MONSTER VER WERKDG Met de Rossette sampler worden op 3 dieptes watermonsters genomen. Met behulp van het Engelse instrument worden op 6 niveau's watermonsters genomen. De watermonsters worden geanalyseerd op zwevende stofgehalte, saliniteit en chiorophyll. Bij de service-tocht worden de troebelheids-, fluorescentie- en saliniteitssensoren van de verankeringen gekalibreerd. Hierbij worden 4 watermonsters per verankering genomen (2 voor en 2 na de servicebeurt).

5

11.9. PERSONEN BETROKKEN BIJ INVOWA-METJG 1995 mw. drs. K. Robaczewska mw. ii. J. Joordens drs. J. de Kok dr. ir. W. van Leussen drs. B. Althuis drs. M. Ebben drs. C. Kruyt J. van Marie ir. F.P. Halie ir. M. van der Linden ii. C. Deelen ir. T. Biokland

Projektleider Projektbegeieider slibtransport slibtransport PMNS hydroinstrumentatie contactpersoon belanghebbende belanghebbende belanghebbende belanghebbende belanghebbende

RIKZ/OSF RIKZ/OSCT RIKZ!OSCT RIKZ/OSCT RIKZ/TTH RIKZ/JTH IMAU DNZ DNZ DZH Gem. Havenbedrijf R'dam Gemeentewerken R'dam

11.10. OVERZICHTSTABELLEN MEETAAN VRAAG

Positie meetpunt A: 2 km E: 5.5 km C: 10 km

X

Y

57814 54710 51446

439842 442202 444684

osi:es ren oosten vanPar:js (on der voorbehoud dat zij nog iets verplaatst kunnen worden ivm scheepvaart)

Het aantal instrumenten dat nodig is voor de verankering en de scheepstijd die voor de metingen wordt uitgetrokken zijn in onderstaande schema' s weergegeven.

SPECIFICERING SCHEEPTIJD

Scheepsdagen

aantal dagen

uitzetten en binnenhalen verankeringen 2*2 service verankeringen' 5*2 13-uursmeting & ViS 3*4 troebe1heid-tracks 7*1

4 10 12 7

totaal

33

elke maand service aan de 3 veranker:nc v:aarbi verankerrnc Z eens in de twee weken wordt qeserviced. 13-uursrnetinaen in februari, maart en april twee keer per maand tracks varen

OVERZICHT AANGEVRAAGDE SCHEEPSTIJD 1995 Schip Dagen

Weekrir Actie

6 7 8 9 11 12 13 14 16 16 17 18 19 20

Uitleggen verankering/ADCP/ftame 13 uursmeting en TroebelheidS-track Service verankering A-E-C Troebelheids-track 13-uursmeting en Troebelheids-track Service verankering A-B-C Troebelheids-track Service verankering A 13-uursmeting en Troebelheids-track Service verankering A-E-C Troebelheids-track Service verankering A-B-C Troebelheids-track Ophalen verankering/ADCP/frame

Mtra/Zirfaea Holland Mitra/Zirfaea Holland Holland Mitra/Zirfaea Holland Mitra/Zirfaea Holland Mitra/Zirfaea Holland Mitra/Zirfaea Holland Mitra/Zirfaea

Bovenstaand overziot eefr de ideale cTev7Cnse indelino. Tildena ddr alle drie de verankerinen worden opoehaaid voor servroe of weer op cuw worden uitoe:et. De 13-uursiret:nq en en troebelheidstraok dienen bi vocrkerr in week plaats te vinder.

MEETINSTRUMENTEN TEN BEHOEVE VAN SL IBCONCENTRATIE / CHLOROPHYLL / TEMP/ SAL

Hydrolab ME

T/S

per verankering

instrument 2km 5.5km 15km

Mex 2 2 2

2 1 2 1 2 1

1 1 1

6 6 6

totaal

6

6 3

3

18

De MEX-sensoren staan on 0.15 iii en boven de bodem, de ME emcrvprohe aan het wateroppervlak en het HYDRODAD kan door een ME vervanqen worden op d en waterdiepte tov de bodem.

7

2 5 2 1 5 2 1 2 5 2 1 2 1 2

MEETINSTRUMENTEN TEN BEHOEVE VAN STROOMSNELHEID &-RICHTING per verankering

instrument 2km 5.5km 15km

ADCP EMS OSM 1 2 1 1 2 1 1 2 1

4 4 4

totaal

3 6 3

12

Neetaanvraagformulier.

tJitvoerings Jaar: 1995

Aanvraagdatu: 9-8-1994

Aanvraagcode:

Alaexnene ceevens.

Afdelino :OSF Proj ectnaarn : INVOWA Activiteit :Neting in het zeegebied bij de Naasviakte Projectleider/afd. :Mw. Drs. R. Robaczewska RIKZ/OSF Contactpersoon/afd. :Mw. Ir. J. Joordens RIKZ/OSC Drs. N.M. Kruvt Functieplancode Resultaat code Werkolanartikel Neetcategorie menVeriny/flegiorle Advisering/Specialistisch Onderzoek. Neetsoort Fvsisch/chcricch/biologisch.

Mrii

ts-dictie

UitvH. 100 Meetdiensten : 100 Laboratoria : Onderdeel

1996 1997 199811999 2000 2001 2002

AccOrciering: i'aain Aia.1 uaLum I earaaLl Opdrachtgever: _ rib. :Voor opdracht specificaties Neetdienst : zie blad 2. Laboratorium :

volg nr: JAARAANVRAAGt.b.v.

LABORATORIUM

CAPACITEIT

Jaar 1995 Project: INVOWA Projectleider: Mw. Drs. K. Robaczewska Deel project: Project begeleider: Mw. Ir. J. Joordens Type monsters: > Zie blad 4 Te bepalen variabelen: Bijkomende werkzaamheden: Data/periode aanlevering monsters:

februari-mei 1995

Datu.m rapportage: September 1995

IN TE VULLEN DOOR LABORATORIUM Benodigde lab.capaciteit: Uit te besteden aan: Kosten: Overlegd met: Haren: Dhr.Dril, Middelburg: Dhr.Schreurs Diversen:

H/M

Aantal metingen invullen soort monster variabel

febr 2 13uursmetingen

febr-mei troebelheid treoks

april 2 13uursmetingen

febr-mei kalibratie totaal

Sal

12

42

12

64

130

Zw. St

150

340

150

64

704

Chla/ faeo

150

340

150

64

704

III VERWERKING WAARNEMINGEN EN ANALYSE GEGEVENS Ten behoeve van een analyse van de meetgegevens is een presentatie gewenst in de vorm van tijdreeksen en verticaal verdelingen. Voor de afregeling / verificatie van het RLJMAMO-model moet zoveel mogelijk worden aangesloten op het assenstelsel, de tijdsreferentie, de eenheden, enz van dit model. Enkele aanduidingen daarvoor zijn; - Parijse coördinaten - M.E.T. = Middie European Time - tijdsaanduiding volgens yyyyMmmddhhmm (bij'.; 1994 Feb 12080000 = 8 uur op 12 februarie 1994) - NAP-vlak als dieptereferentie - waterstanden in cm - snelheden in cm/s - snelheden bij voorkeur in u- en v- componenten t.o.v. respectievelijk Oost- en noordrichting. - saliniteit S in % (of ppt) - zwevende stofgehalte (slib) in mgJl - temperatuur in °C - chlorofyll-a concentratie iii mg/1 - gegevensbestanden in ASCII. Met behulp van de meetgegevens van het project PROFILE en modelberekenigen voor slibconcentraties in het Haringvliet van het RIZA worden de slibconcentraties aan de randen van het modelgebied afgedekt. Met de set meetgegevens en overige gegevens moet een analyse worden uitgevoerd waarbij een selectie van het slibtransport gemaakt wordt voor perioden met; - eb-vloed cyclus - doodtij-springtij cyclus - hoge en lage rivierafvoer - ruwe en rustige weersomstandigheden - voor en na de planktonbloei De analyse van de genoemde periodes moet zowel de ontwikkeling van het slibtransport in de tijd als de verschillen van het slibtransport in de ruimte tussen de drie verankering bevatten.

12

riguur

1

Profiel Maasviakte 1989-1993

0

-

-500 -

-1000 -

-1500 -

-2000 -

-2500

lnvowi RIKZ

Bijlage Afvoer bij Harïngvlietsluizen en Maassiuls 1988 - 1992 Gemiddelde etmaalwaarden debiet zeewaarts in m 3 /s

AFVOEREN

AFVOEREN

KO11CÇVS11 «4 NeIwe W3110*tÇ Ottl000e.Ot etffla&1WZatOOtt netto 0.04.1 leewUttO 4fl F1•1t5 4.' —

tc

MWV,OsIel 114 -

---

-------

N,.v,e

WEtIf11eÇ

osn.,oe eonaa11sarOe" netto 00meI z..waartS 't 11*5

——-- ._.__.oç •0*

0*

.

0*

.-.-

14'

II

'

L

E ,41i"

-500-

AFVOEREN

t

t

IOD

_It'HI

1

-

/5,

15I

AFVOEREN

lannqvle1 ei, Nieuwe waterweg

H.rVIQnhlc 04' Nieuwe Waterweg g.rflC0001 enmaar-aarow, netto 000.01 000wUJt in ÇtT/S

;efn,000toe etT1180iwaa,we,, neno 00mei zee -waans in m/s

- ,i,•_,p 7-1

AFVOEREN haroto.1..l ei Nieuwe Wetrw.Q O.rflCø$0. *tfflaaiWaatOen netto 010401 t..wa&flS in nr'/s *0 *0* 40'

441

4U9 4w 0*

•j- i• 4 i

- I1 1 l!

:J

-

11

•'i--*-u

0*0

In

1

-

r.W

INSTITUUT VOOR MARIEN EN ATMOSFERISCH ONDERZOEK UTRECHT

Recommend Documents