Transport van granulair bodemmateriaal

Abstract

Vloeistofmechanica van de TU Delft. De experimenten zijn uitgevoerd onder gelijke condities als bij de onderzoeken van Paintal (1969) en De Boer (1998). Bij de onderzoeken is dezelfde bodemopbouw, hetzelfde bodemmateriaal en dezelfde aanleg van het testbed gebruikt. De meettechnieken waren bij de onderzoeken verschillend, maar hadden als uitgangspunt dezelfde definitie van transport: het volume bodemmateriaal dat door een raai verplaatst per eenheid van breedte en per tijdseenheid. De experimenten die in dit onderzoek zijn uitgevoerd leveren informatie op over de oorzaken van de verschillen tussen de resultaten van onderzoeken van Paintal (1969) en De Boer (1998). De resultaten van de experimenten van dit onderzoek leiden tot de volgende coclusies over de invloedsfactoren: - De vorm van het bodemmateriaal heeft geen invloed op het transport bij de hydraulische belastingen en het bodemmateriaal die in dit onderzoek zijn toegepast. - Gedurende een meting verandert de hoeveelheid transport in de tijd, er treedt een rijpingsproces op. Het bed stelt zich in op de belasting waardoor geleidelijk het transport daalt tot een constante waarde. Bij de experimenten van dit onderzoek was in 90% van de gevallen het transport tijdens het rijpingsproces één tot zes keer hoger dan na het rijpingsproces. De resultaten van de verschillende onderzoeken zijn vervolgens vergeleken. Dit heeft geleid tot de volgende conclusies: - De mobiliteitsparameter is in het onderzoek van Paintal (1969) en het onderzoek van De Boer (1998) verschillend gedefinieerd. De hydraulische belasting op het bodemmateriaal is in de mobiliteitsparameter verwerkt met de bodemschuifspanning ( b). De schuifspanning die door de stroming op de bodem wordt uitgeoefend is afhankelijk van de ruwheid van de bodem. Deze ruwheid kan vervolgens worden gesplitst in de ruwheid van het bodemmateriaal en de ruwheid van de vorm van het bed. Bij het onderzoek van Paintal is alleen de schuifspanning in de mobiliteitsparameter verwerkt die afhankelijk is van de ruwheid van het bodemmateriaal. Bij het onderzoek van De Boer is de schuifspanning in de mobiliteitsparameter verwerkt van de bodem. Het verschil in transport kan worden verminderd door dezelfde schuifspanning te verwerken in de mobiliteitsparameter. - De transportparameter is in het onderzoek van Paintal (1969) en het onderzoek van De Boer (1998) gelijk gedefinieerd: het volume bodemmateriaal dat door een raai verplaatst per eenheid van breedte en eenheid van tijd. Bij het onderzoek van De Boer wordt echter het transport onderschat door het transport te meten over bijna de gehele breedte van de goot. De experimenten zijn bij het onderzoek van De Boer uitgevoerd in een smalle kantelgoot (B/h=2). De invloed van de wanden op de stroming is niet te verwaarlozen; de snelheid van de stroming is bij de wanden lager dan in de as van de goot. Het transport van bodemmateriaal is sterk afhankelijk van de snelheid van de stroming. De mobiliteitsparameter wordt in het onderzoek gerelateerd aan het snelheidsprofiel in de as van de goot; hierdoor wordt minder transport gemeten dan representatief is bij de mobiliteitsparameter. Dit leidt tot de volgende hoofdconclusie: De verschillen tussen de resultaten van de onderzoeken van Paintal (1969) en De Boer (1998) zijn te verklaren met de verschillen in meettechnieken en definities. De resultaten van het onderzoek van De Boer onderschatten het transport en kunnen hierdoor niet worden gebruikt om het transport van bodemmateriaal te voorspellen. Met de resultaten van de onderzoeken van Paintal en Forschelen (1999) kan het transport van bodemmateriaal wel worden voorspeld. De resultaten van de onderzoeken van Paintal en van Forschelen verschillen afhankelijk van de gebruikte definitie van de mobiliteitsparameter. Bij een mobiliteitsparameter gerelateerd aan de bodemschuifspanning komen de resultaten van de onderzoeken van Paintal en van Forschelen overeen. Bij een mobiliteitsparameter gerelateerd aan de korrelschuifspanning (schuifspanning gerelateerd aan de ruwheid van de korrels) komen de resultaten niet overeen; het transport van volume bodemmateriaal is factor twee tot vijf lager bij metingen van het onderzoek van Paintal ten opzichte van de metingen van het onderzoek van Forschelen.