· · · Institutional Repository

The main objective of this examination project is to present guidelines, which may accelerate the initial phase of artificial island design. The guidelines are restricted to the field of hydraulic engineering as only artificial islands in open sea are considered. Initially an extensive literature research was performed, not only with regard to the purposes to construct artificial islands but also to differentiate between possible types of artificial islands. From this literature research some general guidelines could be drawn up. The literature research also revealed the most frequently occurring problems, related to artificial island construction. These problems gave cause for more guidelines, e.g. guidelines in relation to sea defences, guidelines in relation to landfill and guidelines in relation to morphological impact.

De snef groeiende luchtvaartsector in Nederland krijgt te maken met ruimtegebrek. Elk jaar stijgt het aantal vliegbewegingen en alle prognoses geven dezelfde explosieve groei voor de komende 15 tot 20 jaar. Het ruimtegebrek manifesteert zich in eerste instantie in de vorm van geluidshinder. Het grootste deel van alle vliegbewegingen in Nederland concentreert zich op Schiphol. Echter de beschikbare ruimte van Schiphol is gering. AI bij het hUidige aantal vliegbewegingen loopt Schiphol tegen de opgelegde geluidsgrenzen op. Schiphol is dus nu op een punt gekomen dat verdere groei zeer moeilijk is. Momenteel worden er studies gedaan over hoe de groei van de Nederlandse luchtvaart in goede banen geleid kan worden. (T.N.L.I. =: Toekomst Nederlandse Luchtvaart Infrastructuur). Een mogelijke nieuwe locatie voor uitbreiding van de luchtinfrastructuur is de Noordzee. Hierbij wordt gedacht aan het realiseren van een kunstmatig eiland voor de kust. Het onderwerp van dit onderzoek is de verbinding tussen de satellietluchthaven in de Noordzee en de kust. In het eerste algemene gedeelte van het afstudeerwerk staat het ontwerp van de verbinding centraal. Gezien het prille stadium waarin de luchtvaartinfrastructuurstudies zich bevinden zijn bij de ontwerponderdelen de afstand eiland tot kust, de rijsnelheid van de shuttle en het type verbinding (zinktunnel, boortunnel en brug) variabel gehouden. Op basis van de gedane aannamen is er een ontwerp van de shuttleverbinding gemaakt. Dit ontwerp bestaat uit de volgende aspecten: vereiste capaciteit van de verbinding (aantal sporen), de rijsnelheid van de shuttle, een bepaling van het doorsnedeprofiel van tunnel of brug en kostenramingen afhankelijk van type en lengte. Voornaamste uitgangspunten bij dit onderzoek zijn: • type verbinding is een railverbinding geschikt voor HST en le • lengte zeegedeelte in eerste instantie 15km • maximale overstaptijd van 45 minuten, resulterend in een maximale rijtijd van 15 minuten • gehanteerd wordt hier het RAND1 scenario voor het jaar 2025 voor het aantal passagiersbewegingen en tonnage vracht per jaar capaciteitbepaling shuttleverbinding: Naast het noodzakelijke heengaande en teruggaande spoor is na evaluatie van het aantal te vervoeren passagiers per jaar gebleken dat er een extra spoor nodig is. Dit derde spoor dient als reserve spoor voor onderhoud en kan volledig operationeel functioneren ten tijde van calamiteiten op een van de andere sporen rijsnelheid shuttle: Uitgaande van een totafe trajectafstand van 35 km (15 km zee en 20 km land) is, rekening houdend met de acceleratie en deceleratiekarakteristieken van het beschouwde materieel, een minimale rijsnelheid van 160 km/uur noodzakelijk. Varianten waarbij het eiland verder uit de kust ligt vereisen hogere shuttlesnelheden.

In november 1998 is in het IJmeer begonnen met de eerste fase van de aanleg van de eilandengroep genaamd IJburg. IJburg wordt met behulp van zandsuppletie aangelegd. De eilanden gelegen in het IJmeer worden aangelegd ten behoeve van de woningbouw om het te verwachten tekort aan woningen in Amsterdam in de toekomst op te vangen. In deze studie zijn twee onderdelen van de eilandengroep uitgelicht te weten: • De tijdelijke kering van Haveneiland A. • Recreatiestrand van het Strandeiland. Gedurende de aanleg en zettingsperiode van het Haveneiland A zal de tijdelijke zandkering onbeschermd blijven tegen invloeden van water en de wind. Hierdoor is het mogelijk dat transport van zand plaatsvindt. Door het IBA (Ingenieursbureau Amsterdam) is voorgesteld de tijdelijke kering van Haveneiland A aan te leggen met een talud boven water van 1:5 en een onderwaterhelling van 1:1O. Steilere hellingen zijn niet toegestaan uit oogpunt van stabiliteit op afschuiven van de kering. De volgende vraag deed zich in de studie voor: Welke verbreding van het eiland is nodig om er zeker van te zijn dat er na de uitvoeringsfase en zettingsperiode van 400 dagen nog voldoende zand overblijft voor de aanleg van de definitieve randen? Het recreatiestrand van het strandeiland is het enige gedeelte van de eilandengroep dat de gehele levensduur onbeschermd blijft. De vraag die voor het strand beantwoord moest worden was: Wat is de uiteindelijke ligging van het strand? Het evenwichtsprofiel, 'dwarsprofiel na inwerking van golven', van het strand kan benaderd worden door een onderwaterhelling van 1:28 toe te passen. Dit zou dan ook het aan te leggen onderwaterprofiel moeten zijn. Zonder beschermende maatregelen zou er zo'n 2000 m3 per jaar aan zand verdwijnen. De plaatsing van strekdammen is een goede methode om dit tegen te gaan. Door de ligging van de kustlijn over 41 graden tegen de klokrichting in te draaien zijn de langstransporten voor de kust in evenwicht en vindt er geen of nauwelijks erosie van de kustlijn plaats.

In the early seventies the hydrocarbon development of the Beaufort Sea - McKenzie delta region started with the search for oil. To determine if hydrocarbon reserves were to be found a number of artificial exploration-islands were designed and built between 1973 and 1986. Artificial islands were chosen to function as drilling platforms because the easy construction method and the high resistance against ice loads. From the different islands several oil discoveries were made and islands design was found to be sufficient for the exploration purpose. To anticipate future development of the offshore area of the Beaufort Sea when present reserves become depleted a study is made of the artificial island designs. A research is conducted in developing the designs from exploration islands to production facilities. In this thesis report a study is made of the artificial islands designs in the severe circumstances of the Beaufort Sea, the extreme climate posting special design considerations and construction techniques. In this research the question is stated: "Can exploration artificial island design be used as a design for permanent production islands in the extreme environment of the Beaufort Sea - McKenzie delta region?" Production islands have to function much longer and therefore have to withstand higher forces. Exploration designs were designed with a boundary condition of a ten-year return period, for production islands a return period of 100 years has to be taken into account. Complicating factor in the design is the absence of heavy armour layer materials to protect island slopes. Common protection methods for island slopes and other slopes are not available. Purpose of this thesis study is to determine what the maximal lifetime expectancy is of the artificial exploration island designs. Furthermore a number of production island considerations are studied and evaluated. To be able to give a correct overview of the islands that were built between 1973 and 1986 first a thorough literature study has been completed. This to gather as much information available as possible and acquire knowledge of the design practice to date. The islands considered are islands with a granular fill material. Therefore other island types such as caissons are not discussed in this study. The side slopes of these granular fill artificial islands are under the influence of waves and ice. Especially the waves, present for two to three months per year, result in erosion of the fill material. The morphological changes of the slopes are evaluated using a computer simulation model. The evaluation of the slope designs is done with a numerical model developed by Delft Hydraulics called UNIBEST-TC. Note that the model was designed for cross-shore beach-morphology of mildly sloped beaches. To be able to give a conclusion of slope designs on production islands the application in larger water depths and under higher ice loads also is taken into account. With the information from the literature study the thesis problem is defined in the following two parts. 1. Research and summarise all present knowledge of exploration artificial islands in the Beaufort Sea and evaluate exploration island designs in respect to long-term production application. 2. Evaluate production island slope designs with a numerical morphological simulation model to determine erosion and morphological changes. This to postulate new design considerations in respect to the applicability of the available exploration island designs on artificial production islands.

When longshore sediment transport is interrupted by a construction along a coast, e.g harbour moles or a dredged approach channel, the equilibrium of the coastline may be disturbed. When the disruption is caused by breakwaters, the longshore transport that is held back will cause accretion updrift of the breakwaters and erosion downdrift of them. The updrift accretion may eventually result in the harbour entrance shoaling. The downdrift erosion might cause difficulties when valuable areas are situated close to the coastline or when the coastline forms a coastal protection for land behind it. When the disruption is (caused by a dredged channel, no accretion updrift of the channel will occur since the material is trapped in the channel. This means, however, that here too there is a lack of material downdrift and erosion will again occur there.

Man-made islands in the Mackenzie river (Canada) for oil exploitation may obstruct the free flow of ice during spring break up. These ice dams may cause considerable rise of the water level in the rivers, resulting in floods. A numerical model is presented to simulate ice dam formation an river floods.

Overzicht van kunstmatige eilanden t.b.v. de oliewinning in arctische gebieden (rond de Noordpool, Beaufort Sea). Includes a risk analysis for such an island

The predictions for the future foretell an increase of the amount of exported grain over the Rio Paraná/Rio de la Plata system of 63% in 2030. Besides this, the new Panama locks will be finished in 2015. Seeing as the current shipping standard is largely determined by the Panama locks, the general expectation is that the vessel dimensions will increase to a standard size that complies with the new locks. It is evident that the increase in maximum draft of these vessels makes the depth restrictions in the Rio de la Plata cut into their efficiency even harder. It is a reasonable assumption that something has to be done in order to keep the Rio Paraná system from collapsing. There are numerous types of solutions that could be applied for this problem. The chosen solution in this case is the construction of a new port somewhere in the Rio de la Plata. This port would serve as a transhipment station where inland vessels deliver the cargo from ports along Rio Paraná and where it gets transhipped into ocean going vessels with a New Panamax size, which have a maximum draft of 54 feet, for shipment across the ocean. This solution means that the ocean going vessels can fully utilise their maximum draft for the entire duration of their trip. Furthermore it means that, as far as the grain industry is concerned, the requirement for maintaining an artificial depth of 34 feet in the Rio de la Plata past the port is no longer required. The final design of the previously described port consists of an artificial island on Banco Chico off the coast of Magdalena in the Rio de la Plata. This location has been chosen due to political, environmental and cost related motivations and is located right next to the already existing shipping channel, making the required access channel for the port’s ocean basin shorter. The port is designed to be capable of receiving anything up to fully loaded New Panamax sized vessels and partially loaded Capesize vessels. On the river side of the port the system is designed to make use of tug/barge combinations with a loading capacity of 5600 tons and a draft of 14 feet. This draft means they can freely sail on most of the Rio de la Plata and do not necessarily require the maintained channels. The island itself gives room for (temporary) storage of commodities in between unloading and loading to ensure a constant supply of grain to load the ocean vessels and thus reduces the service time. All in all the construction of a transhipment port on an artificial island in the Rio de la Plata is a preliminarily feasible solution to the described problem. This does, however, mean that all the assumptions that have been made in the design phase will either have to be true, or false in a non-critical fashion. On top of that there are still numerous risks that could harm the operational feasibility of the port and make sure it will never exist. As long as sufficient research is done into the more critical aspects of these risks and assumptions, a lot of economic benefit could be gained from embarking on a new system.