· · · Institutional Repository

During the winter 2009, beach and dune nourishments have been executed at Vlugtenburg (Holland coast) in order to reinforce the coastal defense. Natural processes such as wind and waves are expected to take care of effective and efficient redistribution of the sand throughout the system. The present study is part of the sub-project Monitoring Program Delfland Coast which main goal is to provide measurement data for process-based modeling of the interactions between the foreshore and the dunes. Based on field measurement realized in November 2009, this MSc thesis aims to find an efficient procedure to monitor the aeolian transport (transport by the wind) of sediment over a beach. These measurements involved innovative devices and methods. Four saltiphones were deployed at different locations on the beach. A forced deposition area was build up and the deposited volumes were monitored using a laser scanner. An analysis of the problems to use formulas derived from wind tunnel experiments in the modeling of transport on the field is carried out. It is followed by the derivation of a model describing the relation between the transport measured with saltiphones and the wind speed for specific conditions. However, no relation is derived between the transport measured with saltiphones and volumes transported and an extrapolation of the model to the whole beach remains incomplete. Finally, the existences of a fetch effect and a cross-shore decrease of the transport are measured, though not accurately quantified.

De fascinatie voor de ondergrondse ruimte heeft reeds menigeen geïnspireerd tot het verrichten van onderzoeken of praktijkproeven en het schrijven van artikelen of boekwerken. Deze scriptie haakt in op een eerder uitgevoerd onderzoek door A.E.A. de Groot, getiteld "Afweging voor het gebruik van het slurry- of EPB-schild". In dat onderzoek heeft hij een model opgesteld op basis waarvan men een afweging kan maken en tot een keuze voor een boormethode kan komen door toetsing aan de aspecten: boorfrontondersteuning, gronddeformaties, afgraafbaarheid, instroming van water, scheiding, hergebruik en energie. Uit dit eerdere onderzoek blijkt dat beide methodes elkaar qua inzetbaarheid voor een groot deel overlappen. In een dergelijke situatie rijst de vraag welk schild het best ingezet kan worden. Het doel van het onderzoek is een bijdrage te leveren aan het antwoord op deze vraag. Om tot een keuze van een boormethode te komen wordt in eerste instantie gewogen op de technische inzetbaarheid. Indien beide methodes inzetbaar zijn zal een tweede afweging worden gedaan, die gebaseerd is op de totale kosten. Hieronder wordt verstaan de directe kosten, als bijvoorbeeld ruwbouw en de indirecte kosten, zoals risico's. Dit laatste aspect is verder uitgediept door het uitvoeren van een risicoanalyse. Voor de risicoanalyse zijn als uitgangspunten genomen: • Er wordt alleen een analyse gemaakt van de bouwfase, • Als topgebeurtenis is gekozen om het aspect zettingen verder uit te werken, • Van de zettingen zal alleen gekeken worden naar incidenteel optredende zettingen t.g.v. het boorfront Van de zettingen zijn foutenbomen opgesteld, waaruit een risico-itemlijst naar voren is gekomen. In deze lijst wordt per aspect aangegeven wat de afwijking is die op kan treden, wat de gevolgen ervan zijn en welke maatregelen men zou kunnen komen om de afwijking te voorkomen of het effect ervan te minimaliseren. Om een analyse te maken en een waardering te geven aan risico's is gekozen voor het betrekken van een case bij het onderzoek: de Noordzuidlijn. Er is gekozen voor deze case, omdat dit een traject is waarop beide methodes inzetbaar zijn en erg actueel is. Daarnaast is het tracé risicotechnisch gezien interessant om verder uit te werken. Om een afweging te maken kan men gebruik maken van een combinatie van meningen van experts, raadplegen van literatuur en het uitvoeren van computersimulaties. De risico-itemlijst is verwerkt tot een enquête. Deze enquête is voorgelegd aan experts. Aan hun is gevraagd kansen in te schatten dat een bepaalde gebeurtenis optreedt en daarbij schade aan het maaiveld tot gevolg heeft. Deze gegevens zijn vervolgens verwerkt met het programma @RISK. Als resultaat is naar voren gekomen, dat het hydroschild de grootste kans heeft, namelijk 30% tegenover 10% voor het EPB-schild, op geheel geen schade aan het maaiveld en dat indien men uitgaat van kans op enkele schadegevallen ook dit het gunstigste is bij het hydroschild. Het blijkt echter wel dat de resultaten sterk afhankelijk zijn van de toegepaste rekenmethode.

Een kunstmatig schiereiland bij Ter Heijde moet de kust voeden met sediment. Wetenschappers kijken of zo’n ‘zandmotor’ het Nederlandse antwoord kan zijn op de zeespiegelstijging

Since the end of 2006 in the Netherlands a test is going on with a passive beach drainage system called Ecobeach. The system consists of vertical draining tubes with a length of 2.0 m called PEMs (Pressure Equalizing Modules). Under the surface level, every 100 m a row of PEMs is installed between the high and low waterline. Ecobeach is a Danish invention and the inventor claims that at beaches at different places around the world the volume of sand is increased thanks to the PEMs. This “drainage system” differs from other beach drainage systems in the way that normally horizontal drains are being placed under the beach, connected by a pump. When the Dutch test started very little was known about the functioning of the PEM system. For this reason scientific research to the PEMs was being started in September 2008. First the situation in the test area is examined. The beach, and especially the swash zone, is a complex area, influenced by tides, waves, sediment transport and groundwater flows. Five hypotheses are formulated of the influence PEMs can have on their environment. If a PEM can influence the groundwater behaviour in its direct vicinity, a process can be initiated which has an effect on the total beach. The initial events, caused directly by the PEMs, have to be studied in the field to make clear if the different hypothesised processes are realistic. Moreover consequences of the possible processes initiated by the PEMs should be recognized if anything happens. For this reason a fieldwork is executed in August-September 2009. Measurement results of the groundwater behaviour in the vicinity of PEMs show that some hypotheses are unlikely, and some are still questionable. An analysis of the sediment in and around the test area makes clear that possibly a process is going on in the Ecobeach test area, which could be a result of the PEMs. Because this study will be continued, this report shows an initial study to a very complex system. It shows the setup of a large study, interesting analysis methods and surprising results. Nevertheless it will lead sometimes to new questions.

The barrier islands in the Gulf of Mexico are regularly exposed to hurricanes, one of the main functions of the islands is to protect the mainland. Due to climate change the frequency and intensity of hurricanes is expected to change, which may affect the long term evolution of the islands. In this study these long term (decadal) morphological changes are investigated. The objective of this thesis is to find out how the long term (decadal) evolution is affected by the intensity of hurricanes and by various recovery factors. In order to investigate the long term behavior of barrier islands a model train of a coupled storm impact model and a recovery model is created. The erosion events are modeled by making use of the depth averaged 2DH model XBeach (Roelvink et al., 2009). The recovery phase in between hurricanes is modeled with a newly developed recovery model. The model train is calibrated with 8 years (2002 – 2010) of data from the Chandeleur islands, Louisiana, USA.

Dune evolution on natural and nourished beaches on an engineering timescale is not well understood. Using a study of both literature, and data which has been gathered of the Dutch coast, a new hypothesis regarding the causes of variability in dune evolution is proposed. Following this hypothesis assumptions are made on the basis of which a conceptual model is developed that includes both the accretive and erosive processes that govern dune evolution.

De keuze voor het gebruik van een type tunnelboormachine in Nederland ligt niet eenduidig vast, omdat de grondopbouw zeer heterogeen en de grondwaterstand zeer hoog is (bijna altijd boven het aanlegniveau van de tunnel). Het probleem is dus het ontbreken van de juiste criteria en aspecten voor de keuze van de juiste tunnelboormachine (TBM). Het doel van dit afstudeerverslag is het formuleren van afwegingsaspecten en -criteria voor de keuze van het juiste type TBM. De functies welke een TBM in slappe en heterogene grond met een hoge grondwaterstand moet vervullen zijn: het afgraven en afvoeren van de grond, het (tijdelijk) ondersteunen van het boorfront en het tunnelgat, het bouwen van de tunnel en het keren van het grondwater. Tunnelboormachines welke aan deze aspecten voldoen zijn het vloeistofdruk-schild (slurry-schild) en het gronddrukbalans-schild (EPB-schild). Het trace van de boortunnel wordt bepaald door de functionele en technische ontwerpeisen. De meest belangrijke eisen ten aanzien van de diepteligging van de tunnel zijn voor het EPB-schild opdrijven en ovaliseren en voor het slurry-schild opdrijven, ovaliseren en blow-out (overschrijden van de maximaal toepasbare steundruk, waardoor de vloeistof uit de grond spuit). De keuze tussen het slurry-schild en het EPB-schild kan met bekende grondopbouw en waterstand aan de hand van de volgende aspecten bepaald worden: boorfrontstabiliteit, gronddeformaties, afgraafbaarheid, instroming water, scheiding, hergebruik en energiegebruik. Doordat bij het slurry-schild een membraan aan het boorfront wordt opgebouwd, kan vloeistofdruk omgezet worden tot korreldruk in het korrelskelet. waardoor het boorfront stabiel is. De slurrydruk in de graafkamer wordt door vloeistofdruk en luchtdruk (in luchtkussen) opgebouwd. De druk in de graafkamer kan zeer nauwkeurig gereguleerd worden, dit kost echter enige tijd. Er wordt een membraan op het boorfront gevormd als de maatgevende korreldiameter d,o kleiner is dan 2,5 mm en/of de permeabiliteit kleiner is dan 10-2 m/s. Stabiliteit van het boorfront wordt bij het EPB-schild verkregen door het boorfront met een grondbrij, welke korrel- en waterdrukken overbrengt, te ondersteunen. De steundruk in de grondbrij wordt bepaald door de vijzeldruk en de variatie tussen het grondafgraafvolume en het grondafvoervolume. Door de grondbrij compressibel te maken kunnen drukvariaties aan het boorfront beter beheerst warden. De grondbrij moet wegens de transporteerbaarheid voldoende vervormbaar en gering abrassief en kleverig zijn. Dit kanbereikt warden door de afgegraven grond te conditioneren met kleisuspensies, schuim en polymeren, afhankelijk van de gewenste eigenschappen. Gronddeformaties treden op door grondontspanning ten gevolge van snijden, te geringe steundruk, de vorm van de TBM en de staartspleet. De grootste ontspanning treedt door de conische vorm van de TBM en de staartspleet op, welke voor het slurry- en EPB-schild gelijk warden aangenomen. De zakkingen aan het maaiveld kunnen met een gaussische verdeling geschematiseerd worden.

This thesis presents the application of an aeolian transport model used in desert environments [Sauermann et al., 2001, Kroy et al., 2002] as a tool for the evolution of coastal nourishments. This study will try to investigate the driving processes in the model and adapt or extend the model application to the coastal system. If we want to apply the model, it has to be determined if the various model assumptions hold in a sandy coastal environment. This need becomes more urgent when dealing with a type of ‘mega’ nourishment like the sand engine, because of the considerable portion of surface area above the water line. To make the model suitable for the Dutch coastal zone, changes had to be made to several program components. From literature, several processes can be identified that have to be included in a proper model of coastal aeolian transport as opposed to a desert environment. This study identified several of these aspects that should be included in a correct model of aeolian sediment transport. The cases of the sand engine and Vlugtenburg put these modifications to the test and evaluated the results. With the sand engine case the emphasis lies on the evolution of the shape due to aeolian processes. The Vlugtenburg profile represents an arbitrary beach profile, but also contains interesting features like vegetated dunes and a sandy dune valley. Model results show that the processes of aeolian transport and morphologic feedback on the topography are captured. Combining this model with a hydraulic transport models like Delft3D or XBeach could provide more insight in the processes that act in the interface between the sea and the (high) beach.

Coastal monitoring: Bathymetric surveys of an area of 1 square kilometer of the shoreface near Ter Heijde have been perfomed using the NEMO Jetski. Instruments installed are a Single Beam Echo Sounder (SBES) for depth measurements and accurate GPS for positioning (RTK-GPS). The quality of the Jetski as a platform for bathymetric surveys has been assessed. The vertical (depth) accuracy is of order 0.1m; the horizontal position accuracy is of order 0.5m. The local morphology shows a shoreparallel subtidal bar, situated 500m offshore and around –4m NAP. The position of the bar is monitored within weeks before and after storm events between September and December 2008. The bar has migrated approximately 10m onshore during a calm weather period. In a stormy month the bar migrated 25m - 30m offshore. Coastal modeling: The numerical area model Delft3D is set up to reproduce the morphological changes as monitored in the field. Wave conditions from the offshore Europlatform buoy were used. Model results show offshore bar migration during storm as well as some flattening of the bar crest. Other results from a simulated storm show that where subtidal bar is higher, the longshore and cross-shore flow velocity are also higher and more sediment is transported in cross-shore direction. Synthesis: Theory and observations described in literature show agreement with the field observations at Ter Heijde. They show onshore bar migration during fair weather conditions, whereas the bar moves offshore during storm conditions. The main onshore driving component is wave asymmetry whereas the main offshore driving component is undertow. Also the model results look very similar to the resulting patterns from the field measurements. One dissimilarity is that the bar crest in the model flattens more during storm than it should be considering the field observations.