Stabiliteit van tweegeulensystemen in estuaria; De invloed van plaat-geulinteractie nader beschouwd

Stabiliteit van tweegeulensystemen in estuaria; De invloed van plaat-geulinteractie nader beschouwd

Torenga, E.K.

Wang, Z.B. (mentor)
Winterwerp, J.C. (mentor)
De Vriend, H.J. (mentor)
Stive, M.J.F. (mentor)

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

2001-06-01

In estuaria zoals de Westerschelde komen eb- en vloedgeulsystemen voor. Dit zijn twee geulen, gescheiden door een plaat, waarin de ene geul netto een stroming in zeewaartse richting kent (ebgeul), en de andere netto een stroming landinwaarts (vloedgeul). Menselijke ingrepen zoals baggeren en storten zullen een verstoring veroorzaken in het natuurlijk evenwicht van het systeem. Door grote verstoringen uit de evenwichtssituatie, in de vorm van baggeren in de (diepere) ebgeul ten behoeve van voldoende diepgang voor de scheepvaart of storten van het gebaggerde materiaal in de vloedgeul, kan het tweegeulensysteem de neiging krijgen over te gaan in een eengeulsysteem. Dit rapport bespreekt een model, waarmee een stabiliteitsanalyse kan worden toegepast op een tweegeulensysteem. Het model probeert een antwoord te geven op de vraag, hoe groot menselijke ingrepen in een of beide geulen mogen zijn, zonder dat de stabiliteit van het gehele tweegeulensysteem in gevaar komt. Dit stabiliteitsmodel bestaat uit twee (eerste orde) differentiaalvergelijkingen waarmee de dieptes van de beide geulen beschreven worden. Dit rapport onderzoekt de invloed van plaat-geulinteractie op de stabiliteit van het systeem. Hiertoe wordt eerst het systeem zonder deze interactie onderzocht. Analyse geeft de mogelijke ingreepcombinaties (storten of baggeren in geul 1 en 2), waarbij het tweegeulensysteem stabiel blijft (het stabiliteitsgebied). Hieruit volgt dat de stortsnelheid (in m3/jaar) begrensd is. Het model geeft geen grens aan de baggersnelheid, maar het geeft voor grote baggersnelheden geen realistische uitkomsten meer. Voor een geheel symmetrisch geulenstelsel kan in beide geulen tegelijk gestort worden tot zo'n 10% van het bruto sedimenttransport, en in een van beide geulen tot zo'n 5%. Deze getallen blijken zeer gevoelig voor de gebruikte macht in de splitsingspuntrelatie (deze relatie beschrijft de verdeling van ingaand sediment bij de splitsing) en de macht in de transportformulering (deze beschrijft de grootte van het uitgaande sedimenttransport). Voorts verandert het stabiliteitsgebied bij asymmetrie van het geulenstelsel (ongelijke breedtes en ruwheden van de geulen) en door het gebruik van de hydraulische straal in de wet van Chezy (ter bepaling van de verdeling van de debieten over de geulen) in plaats van de diepte. Vervolgens wordt de plaat-geulinteractie beschreven zonder dat de toestand van de plaat wordt beschouwd. Hierdoor blijft het mogelijk het systeem te beschrijven met slechts twee toestandsvariabelen (de dieptes van de beide geulen) en twee differentiaalvergelijkingen. De gebruikte modellering van de plaat-geultransporten blijkt een geringe destabiliserende werking te hebben op het systeem. Dat wil zeggen dat de kritische stortsnelheid (de stortsnelheid in een ofbeide geulen waarbij het evenwicht instabiel wordt) afneemt. Deze invloed lijkt steeds kleiner te zijn dan 5%. Tenslotte wordt de toestand van de plaat (in de vorm van de plaathoogte) wel meegenomen. Het systeem wordt dan dus beschreven met drie differentiaalvergelijkingen en drie toestandsvariabelen. Deze modellering heeft tot gevolg dat de analysemogelijkheden sterk afnemen. Grafische weergave, bij twee vergelijkingen mogelijk in het platte vlak, is niet eenvoudig mogelijk bij drie vergelijkingen. Analytische (parametrische) beschouwing wordt in het algemeen te complex om van dienst te zijn. Met behulp van een zelfgeschreven programma en het wiskundepakket Maple is deze analyse toch uitgevoerd. Hieruit blijkt de invloed van de plaatontwikkeling op de plaat-geulinteractie gering. De eerder toegepaste modellering zonder plaatontwikkeling lijkt dan ook in de meeste gevallen een goede benadering van het model met plaatontwikkeling. In hoeverre dit een goede beschrijving is van de werkelijkheid is onzeker. De resultaten van het onderzoek leiden tot de aanbeveling de plaatontwikkeling voorlopig weg te laten uit de analyses. Toevoeging van plaatontwikkeling wordt weer interessant als zowel de plaatgeulinteractie als andere onzekerheden in het model beter gemodelleerd kunnen worden. Hiertoe is nader onderzoek noodzakelijk.

estuaries
morphology
tidal flats
gullies

http://resolver.tudelft.nl/uuid:f34fdf3f-0ea4-4897-af4d-41579d16960b

Student theses

master thesis

(c) 2001 Torenga, E.K.