Stroomlijnen van zomerkaden

Abstract

De maatgevende afvoer van de Rijn is bijgesteld van 15.000 m3/s naar 16.000 m3/s. Om nu de waterstanden op de Rijn gelijk te houden zijn maatregelen nodig. De voorkeur gaat uit naar aanpassing van de uiterwaarden. Aangezien blijkt dat een groot deel van het energieverlies bij het stromen over de zomerkaden plaatsvindt is het zinvol te onderzoeken of een aanpassing van het profiel van de zomerkade mogelijk is (stroomlijnen), om zo energieverliezen te minimaliseren. Doel van dit onderzoek is inzicht verkrijgen in het effect van het stroomlijnen van zomerkaden op het energieverlies. De lokale energieverliezen dienen hierbij zowel kwantitatief als kwalitatief beschreven te worden. Kwantitatief wordt de absolute grootte van het energieverlies bepaald. Kwalitatief gaat het om een goede karakterisering van processen en om het onderscheiden van relevante parameters. Er is gezocht naar een formule die de effecten van het stroomIijnen kan beschrijven. Dit is gedaan in termen van afvoercoefficienten, Uit de afvoercoefficienten is direct de mogelijke afvoervergroting afte leiden. De uiteindelijke doelstelling Iuidt: wat is de verandering van de afvoercoefficient bij vrije en verdronken stroming (Cdv, Cd) bij variatie van de benedenstroomse helling van een zomerkade. Er zijn een aantal kadeparameters, die invloed hebben op het energieverlies: kaderuwheid, kruinlengte, bovenstroomse en benedenstroomse kadehelling. In deze studie wordt slechts een kadeparameter gevarieerd, te weten de benedenstroomse kadehelling. Deze parameter heeft immers de grootste invloed op het energieverlies. In dit onderzoek zijn een tweetal experimenten in een eenvoudig fysisch schaalmodel uitgevoerd: vervalmetingen bij verschillende soorten kadeconfiguraties en snelheidsmetingen voor een beperkt aantal situaties. Deze experimenten zijn uitgevoerd in het Laboratorium voor Vloeistofmechanica van de TU Delft. Bij de vervalmetingen zijn verschillende soorten schaalmodellen van zomerkaden loodrecht overstroomd en per experiment is het verval over de kade bepaald, met variatie van de benedenstroomse kadehelling. Voor een viertal benedenstroomse hellingen zijn experimenten uitgevoerd: verticaal; 1:15; 1:4; 1:7. Per kade zijn verschillende stromingscondities ingesteld door zowel het debiet als de benedenstroomse waterstand te varieren. Per kadeconfiguratie en stromingsconditie is het verval en het waterstandsverloop over de kade gemeten. Een grote toename van de afvoerreductiecoefficient (en dus van de afvoer) kan worden bereikt door het flauwer maken van de benedenstroomse helling. De toename is maximaal ca. 40% bij een verflauwing van verticaal naar 1:15. De maximale toename van de afvoer bij aanpassing van de benedenstroomse helling van 1:4 naar 1:7 bedraagt ca. 15%. Dit is de verflauwing die in de praktijk uitgevoerd zou kunnen worden, aangezien de huidige kaden een helling van 1:4 hebben. De hypothese dat door aanpassing van de zomerkade de afvoer met een factor 2 kan varieren is derhalve te optimistisch. De afvoercoefficient bij vrije stroming (Cdv) neemt toe bij toename van het debiet Het debiet is direct gerelateerd aan de energiehoogte bovenstrooms van de kade t.o.v. van de kruin. Dit betekent dat de afvoercoefficient bij vrije stroming ook toeneemt bij toename van de relatieve energiehoogte. Deze bevindingen komen overeen met de bevindingen van Hager (1998). De afvoercoefficient bij vrije stroming (Cdv) lijkt afte nemen bij flauwer wordende benedenstroomse helling. Dit komt overeen met bevindingen uit eerder onderzoek, waarin werd aangetoond dat de afvoercoefficient bij vrije stroming afneemt bij toenemende kadelengte. De invloed van een verandering van de benedenstroomse kadehelling op de afvoerreductiecoefficient kan goed worden weergegeven door variatie van een fitparameter p in een formule analoog aan Villemonte . De fitparameter p blijkt een nagenoeg lineair verband te hebben met de benedenstroomse helling. Uit de analyse van de snelheidsmetingen kan worden geconcludeerd dat door aanpassing van de benedenstroomse helling de neervorming aanzienlijk vermindert en tot vrijwel nul is gereduceerd bij een helling van 1:7.