Uitwisselingsprocessen tussen hoofdgeul en uiterwaard van een rivier

Abstract

In dit afstudeerproject wordt met behulp van een fysisch model onderzoek gedaan naar de uitwisselingsprocessen die bij hoogwater optreden tussen uiterwaard en hoofdgeul van een rivier. Dit afstudeerproject geeft daarmee een vervolg aan het door Van Prooijen [19] opgezette onderzoek naar grootschalige horizontale wervels in ondiepe menglaagstroming. Het fysisch model, waarin ook Van Prooijen zijn experimenten heeft uitgevoerd, is een samengesteld kanaal bestaande uit een hoofdgeul en een uiterwaard met een vaste bodem. In deze studie ligt het accent op het onderzoek naar de uitwisseling (van impuls, massa en sediment) door grootschalige horizontale wervels. Daarbij worden de invloeden van geometrische veranderingen op de wervels zoals het aanbrengen van zomerkaden en kribben en variatie in waterstand onderzocht. Het experimentele onderzoek is onder te verdelen in drie fasen: In fase 1 worden de drie opstellingen van Van Prooijen (rechte stroming (1), stroming met dwarscomponent naar de uiterwaard (2) en stroming met dwarscomponent naar de hoofdgeul (3)) herhaald met een wijziging in de geometrie (die ook voor fase 2 en 3 geldt): de verticale stap als overgang tussen hoofdgeul en uiterwaard wordt vervangen door een overgangstalud met helling 1:2. Daamaast wordt in de rechte opstelling een experiment met een verlaagde waterstand gedaan (la). Het meet- en analyseprogramma in Van Prooijen [19] wordt voor een groot deel toegepast. Dit maakt het mogelijk de resultaten van de verschillende opstellingen met elkaar te vergelijken. Dit gebeurt aan de hand van de ontwikkeling van de menglaag en de eigenschappen van de daarin voorkomende horizontale wervels zoals afmetingen, ligging en intensiteit. Daarnaast vindt op een kwalitatieve wijze onderlinge vergelijking van de zes opstellingen plaats wat betreft de mate van uitwisseling en sedimentatie in de uiterwaard. Het onderzoek spitst zich in deze en de volgende fase meer toe op praktijksituaties. In twee opstellingen (4 en 5) wordt de invloed van zomerkades in de uiterwaard op de uitwisseling door grootschalige wervels onderzocht. Het effect van de ligging van de zomerkade t.o.v. de overgang op de wervels krijgt hierbij aandacht. Onderlinge vergelijking van de opstellingen 1, 4 en 5 wat betreft de mate van uitwisseling en sedimentatie wordt uitgevoerd. In fase 3 worden kribben in de hoofdgeul (zonder zomerkaden) aangebracht. De totale waterbeweging, waarvan de grootschalige wervels een onderdeel zijn, wordt onderzocht en beschreven in Bos& avinga [5]. Dit afstudeerrapport bevat slechts het gedeelte dat betrekking heeft op de grootschalige horizontale wervels en de gevolgen voor uitwisseling en sedimentatie in de uiterwaard. Uit de resultaten van de experimenten in fase 1, 2 en 3 wordt inzicht verkregen in de effecten van de in het kader van 'Ruimte voor de rivier' voorgestelde maatregelen - zoals het verwijderen van zomerkaden en kribverlaging - op waterbeweging en morfologie. De meetresultaten worden verder verwerkt in numeriek onderzoek. De nodige aanpassingen betreffende het simuleren van de turbulente beweging in computermodellen kunnen met behulp van deze meetresultaten in een proces van validatie en calibratie gedaan worden.