Print Email Facebook Twitter Waterinjectiebaggeren: Modellering van de afstroming Title Waterinjectiebaggeren: Modellering van de afstroming Author Verweij, J.F. Contributor Van der Schrieck, G.L.M. (mentor) Kranenburg, C. (mentor) Van der Meulen, T. (mentor) D' Angremond, K. (mentor) Faculty Civil Engineering and Geosciences Department Hydraulic Engineering Date 1997-01-01 Abstract In 1984 en 1985 hebben proeven aangetoond dat het mogelijk is om dichtheidsstromen op te wekken van water met een hoog sedimentgehalte. Het onder lage druk (ca. 1 bar) injecteren van water in de bodem, het zogenaamde 'jetten' verdunt de bodem tot een water-sedimentmengsel. Door het verschil in dichtheid tussen het water-sedimentmengsel en het omgevingswater ontstaat een dichtheidsstroom die onder invloed van de zwaartekracht afstroomt naar lager gelegen gebieden. Dit proces noemt men waterinjectiebaggeren. Het waterinjectiebaggerproces is op te delen in vier deelprocessen, te weten het jetten van water in een sediment, de vorming van het water-sedimentmengsel, de dichtheidsstroom en de bezinking. In dit rapport wordt bekeken op welke wijze een water sedimentmengsel afstroomt, laminair of turbulent, en hoe het materiaal zich in de dichtheidsstroom gedraagt. Bovendien wordt er gekeken wat het effect van het gedrag van het sediment is op het gedrag van de dichtheidsstroom. Het doel is om de productie van het waterinjectiebaggerproces te kunnen voorspellen. Het uitgangspunt hierbij is dat het model geschikt moet zijn voor de baggerpraktijk. Reologie van vloeistoffen speelt een belangrijke rol bij waterinjectiebaggeren. Na bestudering van de metingen die in 1993 gedaan zijn in het Haringvliet kan geconcludeerd worden dat dichtheidsstroming optreedt bij dichtheden van ongeveer 1030-1050 kg/m3 Bij dichtheden boven de 1070 kg/m3 neemt de stroomsnelheid van de dichtheidsstroom snel af. Uit het onderzoek naar de reologische eigenschappen van de mengsels blijkt dat bij deze hogere dichtheden de vloeistof zich pseudo-plastisch gedraagt. Bij de dichtheden waar de dichtheidsstroom optreedt, is het gedrag van de vloeistofNewtons. In dit rapport zijn de dichtheidsstromen die ontstaan bij waterinjectiebaggeren met de balansvergelijkingen voor troebelingsstromen. Dit zijn dichtheidsstromen waarbij het verschil in dichtheid het gevolg is van in suspensie gebracht materiaal. Troebelingsstromen zijn voortdurend in interactie met de bodem en het omgevingswater. Door sedimentatie, erosie en entrainment is de dichtheid en het debiet van de troebelingsstroom niet constant. Bij de afleiding van de balansvergelijkingen is uitgegaan van turbulente stroming. Uit berekeningen volgt dat de afstroming turbulent moet zijn. De turbulentie zorgt ervoor dat het sediment langer in suspensie blijft. De troebelingsstroom blijft langer bestaan en legt een grotere afstand af. De turbulentie wordt echter wel gedempt door de aanwezigheid van het sediment. Bij een toenemende dichtheid van de troebelingsstroom wordt de aandrijvende kracht van troebelingsstroom groter, de snelheid neemt dan toe. Bij een constant debiet neemt dan de laagdikte af Als de bodemhelling groter wordt neemt de snelheid eveneens toe. De stroomsnelheid kan niet onbeperkt toenemen. Door een te groot snelheidsverschil tussen de troebelingsstroom en het omgevingswater kunnen instabiliteiten in het grensvlak ontstaan. Deze instabiliteiten zorgen ervoor dat de troebelingsstroom wordt opgemengd met omgevingswater, 'entrainment' .Het product van de snelheids- en concentratieverdeling bepaald het sedimenttransport in de troebelingsstroom. Het is moeilijk zoniet onmogelijk om de exacte verdelingen van de concentratie en de snelheid te bepalen. Daarom wordt er gewerkt met over de laag gemiddelde snelheden en concentraties. De concentratieverdeling wordt bepaald door de verticale ditfusie van sediment en de valsnelheid. Voor de valsnelheidsberekening moet onderscheid gemaakt worden tussen slib en granulair, niet-cohesief materiaal zoals zand. Bij de valsnelheidsberekening van slib speelt flocculatie als gevolg van turbulentie een belangrijke rol. De evenwichtsdiameter van de slibvlokken kan gebruikt worden om een representatieve valsnelheid te berekenen. De valsnelheiden in zowel zand- als slibmengsels moeten nog gecorrigeerd woorden voor hindered settling. Ook bij de bepaling van ersoie wordt onderscheid gemaakt tussen zand en slib. Bij waterinjectiebaggeren wordt het werkgebied opgedeeld in deelgebieden. Deze deelgebieden worden afzonderlijk op diepte gebracht. Het losgemaakte materiaal stroomt afvia een transportkanaal. Het uitgangspunt bij het model is dat een mengsel met dichtheid Pm met een debiet qo wordt aangeboden aan het transportkanaaI. In het model wordt het evenwicht beschouwd van een balansgebiedje met lengte x. Uit dit evenwicght volgt een stroomsnelheid en een laagdikte. Door de interactie van de troebelingsstroom met zijn omgeving verandert het debiet en de dichtheid. Hierdoor verandert ook de aandrijvende kracht. Door telkens opnieuw het evenwicht van het balansgebiedje te bepalen kan het gedrag van de troebelingsstroming bekeken worden. De productielengte is hierbij de afstand waarover de troebelingsstroom bestaat. Uit berekeningen blijkt dat sedimenterende troebelingsstromen fysisch goed worden weergegeven door het quasi-statisch model.De eroderende troebelingsstroom blijft sediment opnemen. Hierbij loopt de dichtheid op tot waarden boven de situ-dichtheid van het bodemmateriaaI. Door rekening te houden met de verhoging van de viscositeit als gevolg van de erosie kan het omslagpunt tussen laminaire en turbulente stroming worden bepaald. Op het moment dat de troebelingsstroom laminair is zal het sediment bezinken. Uit herberekeningen blijkt dat de gradienten van de laagdikte, het verhang, een niet verwaarloosbare invloed uitoefenen op de troebelingsstroom. A1leen bij sterk subkritische stroming kan het quasi-stationaire model gebruikt worden. Door callibratie van het model met behulp van metingen kan ook de juiste orde van grootte bepaald worden. Subject water injection dredgingdredgingdensity current To reference this document use: http://resolver.tudelft.nl/uuid:88f30cee-a74e-4af5-93a3-49ae6c66eb5a Part of collection Student theses Document type master thesis Rights (c) 1997 Verweij, J.F. Files PDF VerweijJF1997.pdf 3.93 MB Close viewer /islandora/object/uuid:88f30cee-a74e-4af5-93a3-49ae6c66eb5a/datastream/OBJ/view