Milieuvriendelijke zandwinning

Milieuvriendelijke zandwinning

Van der Salm, R.

Kranenburg, C. (mentor)
Winterwerp, J.C. (mentor)
Van de Graaff, J. (mentor)
Stolk, A. (mentor)
Battjes, J.A. (mentor)

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

1998-01-09

Tijdens de zandwinning op zee wordt er gebruik gemaakt van sleephopperzuigers. De sleephopperzuiger laat het overtollige proceswater overboord stromen. Het mengsel dat overboord stroomt wordt overvloeiverlies genoemd. Dit rapport geeft een beschrijving van de bevindingen van een literatuurstudie naar de verspreiding van het overvloeiverlies dat wordt veroorzaakt door een sleephopperzuiger. Uit literatuuronderzoek blijkt dat overvloeiverlies als dichtheidsstroom naar de bodem gaat. In dit rapport wordt ervoor gekozen om het overvloeiverlies als straal naar de bodem te beschouwen. Er kan door deze beschouwing onderscheid worden gemaakt tussen drie fasen, namelijk; • effeeten dieht bij de sleephopperzuiger. • ontwikkeling van de straal naar de bodem • verspreiding over de bodem. De ontwikkeling van de overvloeistraal naar de bodem is de best omschreven fase in de Iiteratuur van de drie. Eerst ontstaat er een impulsgedomineerd traject dat over gaat in een dichtheidgedomineerd traject. Omdat voor dit effect goede wiskundige beschrijvingen bestaan, kan dit effect worden gesimuleerd met computerprogramma's die van deze beschrijvingen gebruik van maken, zoals bijvoorbeeld Straal3D of Corjet. De theorie voor de verspreiding van overvloeiverlies is daar waar mogelijk toegepast op een praktisch probleem. Het wingebied van Maasvlakte 2 werd onderzocht omdat dit naar verwachting de eerstvolgende grootschalige zandwinning voor de Nederlandse kust wordt. Er is gebruikt gemaakt van Straal 3D om de straal naar de bodem te beschrijven. Als voor de concentratie van het sediment gemiddeld 65 g/I wordt genomen op het moment dat de overvloeistraal de sleephopperzuiger verlaat, blijkt uit simulaties voor de onderzochte omstandigheden en bij een waterdiepte van 20 m, dat de straal binnen 26 meter vanaf het loslaatpunt de bodem bereikt. De concentraties bij de bodem hangen af van de stroomsnelheid in het wingebied. De modellering laat zien dat het slib zich op de bodem verzamelt en daar blijft. In eerste instantie wordt een laag van ongeveer 0.30 m tot 0.70 m dik gevormd. Deze laag spreidt zich uit over een afstand van 500 m. De maximale concentraties in deze stroom zijn 1.0 g/1. Na ongeveer een uur is de laagdikte maximaal 0.10 m en wordt nergens een hogere concentratie dan 0.1 g/I zichtbaar. Na 3.5 uur wordt nergens een concentratieverhoging op de bodem berekend. Lozing bij doodtij en bij springtij laten dezelfde resultaten zien. Het sediment wordt bij springtij echter verder opgewoeld, zodat een lichte concentratieverhoging tot aan het oppervlak kan optreden. Tijdens doodtij reikt deze beperkte concentratieverhoging tot maximaal8 m boven de bodem. De resultaten uit Trisula komen overeen met in de praktijk gemeten waarden door het Bureau Demas (1995). Demas heeft metingen gedaan bij het baggeren van slib in Hong Kong. De stromingscondities zijn daar ongeveer hetzelfde als op de Noordzee voor de kust van Hoek van holland. Uit de berekening van de bodemschuifspanningen blijkt dat de maximale bodemschuifspanning in het wingebied in het geval van doodtij oploopt tot 0.29 N/m2 en in het geval van springtij tot maximaal 1.19 N/m2 • De bodemschuifspanning van 0.29 N/m2 ligt al in het overgangsgebied naar erosie voor slib als wordt uitgegaan van de eigenschappen van slib bij Loswal Noord (Winterwerp, 1992). Door golven wordt de bodemschuifspanning hoger en daardoor zal zeker de kritische schuifspanning voor erosie worden overschreden. Hieruit kan worden opgemaakt dat het overgevloeide sediment niet op de bodem blijft liggen, maar zal opwervelen. Met de 2D modellering is vooral gekeken naar de horizontale verspreiding van het gestripte materiaal. Uit deze simulaties blijkt dat er een korte piek optreedt vlak na het lozen van het materiaal. Er wordt 0.150 g/I berekend. Dit is in overeenstemming met metingen uit de praktijk (Demas, 1995). Na ongeveer een uur is het meeste sediment uitgezakt en blijft er een concentratie van 0.005 g/I in de waterkolom achter. Dit deel van het sediment zakt maar langzaam uit. Gp basis van extrapolatie van de berekende waarden zal na ongeveer 6 dagen weer de natuurlijke concentratie in het gebied bereikt worden. In de winter en onder stormcondities wordt de achtergrondconcentratie geschat op 0.100 g/I tot 0.600 g/1. Een verhoging van de concentratie met 0.005 g/I door overvloeiverlies is dan verwaarloosbaar. In de zomer is in het gebied echter een concentratie van 0.005 g/I in de waterkolom aanwezig. Het gestripte materiaal zorgt dan voor een toename van de sedimentconcentratie met 0.005 g/1.

sand mining
trailing hopper dredge
bes shear stress
overflow

http://resolver.tudelft.nl/uuid:94db8f49-ec5f-4dc8-8007-a0f4371973c9

Student theses

master thesis

(c) 1998 Van der Salm, R.