DEL068 – 11201789 Effectiviteit van een bellenscherm als scheider

Aanleiding van het project

Context
Schutsluizen gelegen tussen zout en zoet water vormen naast een bescherming tegen hoogwater de toegang voor scheepvaart. Bij elke schutting lekken zij echter een volume van zout water de zoete binnenwateren in. Deze binnenwateren dienen als bron voor drinkwater en voor de agrarische sector. Daarnaast heeft de kwaliteit van deze wateren een sterk ecologisch belang. Met de groei van het volume transport over water en met de aanleg van nieuwe, grotere sluizen neemt de zoutindringing door schutsluizen nadrukkelijk toe.
Bellenschermen worden ingezet als methode om de zoutindringing te voorkomen. Verschillende recente onderzoeken beschouwen vernieuwde ontwerpen van bellenschermen, in de Stevinsluis (2010) en de Krammer jachtensluis (2014). Naast bellenschermen beschouwen deze studies ook het toepassen van een spoeldebiet van zoet water door de kolk, en van waterschermen. De studies voeden de keuze tussen het gebruik van zoet water (indien voldoende beschikbaar) of van energie (vooral voor bellenschermen). Het energiegebruik, en de installatiekosten voor grote compressoren, zijn aanleiding voor een gewenste optimalisatie van de bellenschermtoepassing.
Het inzetten van bellenschermen om water van verschillende dichtheden te scheiden beperkt zich niet enkel tot schutsluizen. In de baggerindustrie is steeds meer aandacht voor de environmental impact van de baggerwerkzaamheden. Om gebaggerd materiaal niet in suspensie in de omgeving te brengen, bijvoorbeeld wanneer dit gevoelige koraalgebieden betreft, wordt een tijdelijke haven gebruikt als sediment afvang. Om te voorkomen het sediment daar uit stroomt wordt het bellenscherm ingezet in de havenmond. Het concept leunt op de kennis die is opgedaan in de toepassing in schutsluizen maar er zijn belangrijke verschillen tussen zout water en water met bagger sediment.
Vergelijkbaar met bovenstaande toepassing verkent de Gemeente Amsterdam of een oud havenbassin geschikt kan worden gemaakt als zwemwater door deze met een

Doel van het project

Het doel van het voorgestelde onderzoek is tweeledig:
1. De kennis van de werking van een bellenscherm vergroten;
2. Nieuwe onderzoeksmethodes ontwikkelen en valideren;
Deze doelen worden onderstaand nader toegelicht.

Omschrijving van de activiteiten

Vooruitlopend op het voorgestelde onderzoek zijn reeds enkele onderzoeken uitgevoerd.
Verrichte acties tussen september 2016 en maart 2017
Gedurende september t/m december heeft Deltares met een studente van de TUDelft metingen verricht op kleine schaal. Met name betrof het metingen in een goot met waterdiepte ca. 1 m en breedte 1 m. Deze metingen lieten een goede eerste overeenkomst zien met zowel schaalmodel- als in situ metingen uit literatuur. Gedurende het project is een aantal keer gesproken met prof. R.F. Mudde van de faculteit Technische Natuurwetenschappen. Vanuit deze faculteit werd een extra meetinstrument aan Deltares uitgeleend om meer inzicht te verkrijgen in de belgrootte en -snelheid. Tevens heeft dhr. Mudde en zijn promotiekandidaat M. Mandalahalli inhoudelijk bijgedragen aan het onderzoek. Ten slotte heeft de samenwerking ertoe geleid dat deze vakgroet twee MSc afstudeeronderzoeken heeft uitgeschreven gericht op een fundamenteel begrip van het gedrag van bellen in zout water en het kunnen meten van de belgrootte en stijgsnelheid m.b.v. geavanceerde meettechnieken.
In januari heeft een student van Boskalis metingen uitgevoerd aan een bellenscherm in een sedimentafvang. Deltares is gevraagd om advies in de opzet van de metingen.
Verrichte acties tussen maart en september 2017
Van februari tot en met juni 2017 is een project uitgevoerd met een vijftal studenten in het kader van hun studie Werktuigbouwkunde. Het project viel onder gezamelijke begeleiding van Deltares en prof. J. Westerweel van de vakgroep Fluid Mechanics. Deze studenten hebben een innovatieve meetmethode toegepast welke de dichtheden aan weerszijden van een bellenscherm vastlegt in tijd en ruimte, op basis van videobeelden van testen waarin het zoute water gekleurd is.
In het kader van het voorgaande TKI onderzoek Effectiviteit van een bellenscherm als scheider van water van verschillende dichtheden hebben deze metingen een vervolg gekregen in de zomermaanden van 2017. In de faci

Verwachte resultaten

Het verwachte resultaat is tweeledig.
– Op basis van literatuur en metingen meer inzicht in het toepassingsgebied van bellenschermen;
– De vaststelling van de toepasbaarheid van numerieke berekeningen in de vaststelling van de effectiviteit van bellenschermen als scheider.
Met de resultaten van dit onderzoek is het mogelijk om onderzoek uit te voeren gericht op de verschillende specifieke toepassingen van bellenschermen en hiermee bijvoorbeeld ontwerpoptimalisaties uit te voeren. Dergelijk onderzoek past in een PPS samenwerking met bijdrage van de marktpartijen, of in een volledig door de marktpartijen gefinancierd advieswerk, afhankelijk van de scope van dat vervolgproject.

Innovativiteit

De afgelopen jaren zijn studies uitgevoerd naar de toepassing van het bellenscherm in sluizen. Metingen onderschrijven de toepasbaarheid van deze bellenschermen. In het voorgaande TKI onderzoek zijn schaalmodelmetingen uitgevoerd om meer inzicht te verkrijgen in de werking van het bellenscherm en de validiteit van metingen op deze schaal.
Om meer inzicht te verkrijgen in de werking van bellenschermen dient een analyse te worden gemaakt van de verschillende gemeten scenario’s.
Om onderzoek uit te voeren voor overheden en/of marktpartijen, gericht op projectspecifieke toepassingen van bellenschermen dienen numerieke berekeningsmethodes te worden gevalideerd en dient kennis te worden verkregen in de schaalbaarheid van de resultaten naar werkelijkheid. Deze vragen zijn onderdeel van het voorgestelde onderzoek.

Valorisatie

Nagestreefd wordt om de kennis die in dit project te publiceren in (journal en/of conferentie) papers en te presenteren op conferenties. Toepassing in de praktijk valt buiten de scope van het onderzoek.

Link naar projectresultaten…