DEL112 – 11204950 MUSA – Praktische formuleringen voor gedrag van zandslibmengsels (MUd-SAnd) in gecombineerde stroom- en golfomstandigheden

Aanleiding van het project

Estuaria en getijdebekkens vormen de overgang tussen zee en kust.
Daarmee vormen ze belangrijke leefgebieden voor flora en fauna en worden
intensief gebruikt door de mensen, zoals voor de scheepvaart. Voor de
ecologie en scheepvaart is het van belang de ontwikkeling van de platen en
geulen, de sedimentatiesnelheden en de sedimentsamenstelling van de
bodem te begrijpen en te voorspellen. De bodem van grote estuaria en
getijdenbekkens bestaat veelal uit mengsels van slib en zand, waarbij de
geulen vaak zand gedomineerd zijn en de intergetijdengebieden slib
gedomineerd. De interactie tussen het zand en slib in combinatie met de
stromings- en golfcondities leidt tot een complexe dynamiek met sterk
migrerende geulen en getijplaten. Over het gedrag van de afzonderlijke
fracties is al veel bekend, maar de kennis over de zand-slib interactie is
beperkt, evenals de beschikbare tools en modellen om de bodemontwikkeling
en sedimenttransporten in zand-slib gebieden accuraat te
modelleren. Bestaande modellen zoals die van Van Ledden (2003), Soulsby
& Clarke (2005) of Van Rijn (2007) zijn slechts beperkt vergeleken met
laboratorium- en veldmetingen of de fysica hierin is onvolledig. In de huidige
praktijk worden zand en slib daarom vaak apart beschouwd. Dit leidt tot
extra onzekerheden in de voorspellingen en vereist bovendien complexe
kalibratieprocedures. Voor o.a. grote aanlegprojecten vormt dit een
beperking voor de inschatting van de baggerinspanningen. Hier is echter
grote behoefte aan, gezien aannemers vaak niet alleen verantwoordelijk
voor de aanleg, maar ook voor het onderhoud.

Doel van het project

Doel van het project is drieledig: 1) verbeteren van de wetenschappelijke
kennis van zand-slib dynamiek, 2) testen en verbeteren van bestaande
relaties voor zand-slib dynamiek en deze vastleggen in simpele engineering
tools en in Delft3D, en daardoor 3) verbeterde voorspelling van de dynamiek
van zand-slib gebieden wat relevant is voor de inschatting van de
baggerinspanning, voor de natuurontwikkeling en voor de lange termijn
ontwikkeling van estuaria en getijdebekkens.
Om deze doelen te bereiken worden de volgende activiteiten uitgevoerd:
• Analyse bestaande metingen (laboratorium en veld)
• Laboratoriumexperimenten (golf-stroming, L = 15 m, w = 0.4 m, d =
0.5 m).
• Veldmetingen in ondiepe kustwateren, zoals de Westerschelde en
de Waddenzee.
• Verbeteren van toegepaste formuleringen voor bodemruwheid,
kritische snelheden, schuifspanningen onder gecombineerde
stroming-golfcondities, “near-bed” sediment concentraties,
erosiesnelheden en de sedimentatieprocessen.
• Ontwikkelen van eenvoudige modellen/tools (Python, MATLAB,
Excel)
• Implementatie in Delft3D.

Omschrijving van de activiteiten

Activiteit Type activiteit Rol partijen
Analyseren
bestaande metingen
Experimenteel (gebruik
van bestaande kennis)
25% TKI
Leiding: LvRS. Uitvoering: LvRS
en Deltares.
Uitvoeren nieuwe
laboratoriumexperim
enten
Industrieel
(nieuwe kennis)
50% TKI
Leiding: LvRS en Waterproof. In
samenwerking met Deltares. In
kind bijdrage overige marktpartijen.
Uitvoeren nieuwe
veldexperimenten
Industrieel
(nieuwe kennis)
50% TKI
Leiding: LvRS en Waterproof. In
samenwerking met Deltares. In
kind bijdrage overige marktpartijen.
Maken/verbeteren
van praktische
formuleringen
Industrieel
(nieuwe kennis)
50% TKI
Leiding: LvRS. Uitvoering LvRS en
Deltares.
Bouwen en testen
van praktische tools
(Excel, MATLAB,
Python)
Industrieel
(nieuwe kennis)
50% TKI
Leiding: Deltares. Gezamenlijke
inspanning LvRS, Waterproof en
Deltares. Test: Boskalis, Jan de
Nul, Deme, RHDHV en Arcadis
Implementatie en
test van
formuleringen in
Delft3D
Industrieel
(nieuwe kennis)
50% TKI
Leiding en uitvoering: Deltares.
Test: RHDHV en Arcadis.

Verwachte resultaten

Volgnummer Wat
Wanneer
(jaar)
1
Gecombineerde dataset bestaande metingen +
rapport
2020
2
Dataset laboratoriumexperimenten + rapport
/wetenschappelijke publicatie
2020-2021
3
Dataset veldexperimenten + rapport/
wetenschappelijke publicatie
2020-2021
4
Verbeterde praktische formuleringen + rapport/
wetenschappelijke publicatie
2021-2022
5 Praktische tools (Excel, MATLAB, Python) 2020-2022
6
Implementatie praktische formuleringen in Delft3D
+ handleiding
2022

Innovativiteit

De voorspellingen van morfologische veranderingen van zand-slib bodems
in een estuarium kennen op dit moment een grote onzekerheid, waarbij
bovendien complexe kalibratieprocedures nodig zijn om betekenisvolle
resultaten te krijgen.
In de huidige aanpak worden eerst afzonderlijke transportmodellen
toegepast voor zand en voor slib en worden de resultaten daarna
gecombineerd. De interactie tussen beide sedimentfracties wordt dan echter
verwaarloosd. Dit leidt tot grote onzekerheden in de voorspellingen van
onder meer de sedimenttransporten, baggerinspanningen en zand-slib
verdeling.
Zand-slib-modellen zijn slechts beperkt vergeleken met laboratorium- en
veldmetingen of de fysica hierin is onvolledig. Deze worden daarom in de
praktijk zeer beperkt toegepast.
Het innovatieve aspect van dit onderzoek omvat verbeterde kennis van
zand-slib dynamiek en deze vastleggen in -praktisch toepasbare
formuleringen, engineering tools en verbeterde proces gebaseerde modellen
(Delft3D.

Valorisatie

Welk product (zie
boven)?
Wie gaat het
gebruiken?
Wie gaat ervoor
zorgen, en hoe?
1, 2, 3
Deltares, Boskalis, Jan
de Nul, Deme, RHDHV,
Arcadis
Lead: LvRS en
Waterproof
In samenwerking met:
Deltares.
In kind bijdrage:
Boskalis, Jan de Nul,
Deme, RHDHV,
Arcadis
Levering datasets en
rapporten bestaande en
nieuwe metingen
4
Deltares, Boskalis, Jan
de Nul, Deme, RHDHV,
Arcadis
Lead: LvRS
In samenwerking met:
Deltares en Waterproof
Verbeterde praktische
formuleringen
5
Deltares, Boskalis, Jan
de Nul, Deme, RHDHV,
Arcadis
Lead: LvRS en Deltares
In kind bijdrage:
Boskalis, Jan de Nul,
Deme, RHDHV,
Arcadis
Levering toolbox met
engineering tools en
rapporten met
beschrijvingen.
6
Deltares, Boskalis, Jan
de Nul, Deme, RHDHV,
Arcadis en andere
partijen
Lead: Deltares,
In samenwerking met
LvRS
In kind bijdrage:
RHDHV, Arcadis
Levering Delft3D (open
source) met
geimplementeerde
nieuwe formuleringen
en rapport met
beschrijving

Link naar projectresultaten…