
MUSA – Praktische formuleringen voor gedrag van zandslibmengsels (MUd-SAnd) in gecombineerde stroom- en golfomstandigheden
Samenvatting project
Estuaria en getijdebekkens vormen de overgang tussen zee en kust. Daarmee vormen ze belangrijke leefgebieden voor flora en fauna en worden intensief gebruikt door de mensen, zoals voor de scheepvaart. Voor de ecologie en scheepvaart is het van belang de ontwikkeling van de platen en geulen, de sedimentatiesnelheden en de sedimentsamenstelling van de bodem te begrijpen en te voorspellen. De interactie tussen zand en slib in combinatie met de stromings- en golfcondities leiden in deze gebieden tot een complexe dynamiek met sterk migrerende geulen en getijplaten. Over het gedrag van de afzonderlijke fracties is al veel bekend, maar de kennis over de zandslib interactie is beperkt, evenals de beschikbare tools en modellen om de bodemontwikkeling en sedimenttransporten in zand-slib gebieden accuraat te modelleren. Voor o.a. grote aanlegprojecten vormt dit een beperking voor de inschatting van de baggerinspanningen. Maar ook voor het begrijpen van de impact op de natuur is dit van belang.
In dit onderzoeksproject willen 7 marktpartijen en Deltares de krachten bundelen om middels veldmeetcampagnes en gootproeven het begrip van de zand-slib dynamiek te vergroten en deze kennis inbedden in engineering tools en Delft3D.
Beoogde resultaten zijn:
• Verbeterde kennis gedrag zand-slib-mengsels op basis van veldmetingen en gootproeven.
• Engineering tools en verbeterde formuleringen in numerieke modelsoftware (Delft3D).
• Database met de data van de laboratoriumproeven- en veldmetingen.
• Publicatie(s)
Doel van het project
Het doel van het project is drieledig:1.verbeteren van de wetenschappelijke kennis van zand-slib dynamiek 2.testen en verbeteren van bestaande relaties voor zand-slib dynamiek en deze vastleggen in simpele engineering tools en in Delft3D en daardoor 3.verbeterde voorspelling van de dynamiek van zand-slib gebieden wat relevant is voor de inschatting van de baggerinspanning voor de natuurontwikkeling en voor de lange termijn ontwikkeling van estuaria en getijdebekkens.Om deze doelen te bereiken worden de volgende activiteiten uitgevoerd:•Analyse van bestaande metingen (laboratorium en veld)•Laboratoriumexperimenten in een golf- en stroomgoot (L = 15 m w = 0.4 m d = 0.5 m)•Veldmetingen in ondiepe kustwateren zoals de Westerschelde en de Waddenzee•Verbeteren van toegepaste formuleringen voor bodemruwheid kritische snelheden schuifspanningen onder gecombineerde stroming-golfcondities “near-bed” sediment concentraties erosiesnelheden en de edimentatieprocessen.•Ontwikkelen van eenvoudige modellen en tools (Python MATLAB Excel)•Implementatie in numerieke software zoals Delft3D
Motivatie
Estuaria en getijdebekkens vormen de overgang tussen zee en kust.Daarmee vormen ze belangrijke leefgebieden voor flora en fauna en wordenintensief gebruikt door de mensen zoals voor de scheepvaart. Voor deecologie en scheepvaart is het van belang de ontwikkeling van de platen engeulen de sedimentatiesnelheden en de sedimentsamenstelling van debodem te begrijpen en te voorspellen. De bodem van grote estuaria engetijdenbekkens bestaat veelal uit mengsels van slib en zand waarbij degeulen vaak zand gedomineerd zijn en de intergetijdengebieden slibgedomineerd. De interactie tussen het zand en slib in combinatie met destromings- en golfcondities leidt tot een complexe dynamiek met sterkmigrerende geulen en getijplaten. Over het gedrag van de afzonderlijkefracties is al veel bekend maar de kennis over de zand-slib interactie isbeperkt evenals de beschikbare tools en modellen om de bodemontwikkelingen sedimenttransporten in zand-slib gebieden accuraat temodelleren. Bestaande modellen zoals die van Van Ledden (2003) Soulsby& Clarke (2005) of Van Rijn (2007) zijn slechts beperkt vergeleken metlaboratorium- en veldmetingen of de fysica hierin is onvolledig. In de huidigepraktijk worden zand en slib daarom vaak apart beschouwd. Dit leidt totextra onzekerheden in de voorspellingen en vereist bovendien complexekalibratieprocedures. Voor o.a. grote aanlegprojecten vormt dit eenbeperking voor de inschatting van de baggerinspanningen. Hier is echtergrote behoefte aan gezien aannemers vaak niet alleen verantwoordelijkvoor de aanleg maar ook voor het onderhoud.
Locatie
Uitgevoerde acties
Activiteit - Type activiteit - Rol partijen
Analyseren bestaande metingen - Experimenteel (gebruik van bestaande kennis) 25% TKI - Leiding: LvRS. Uitvoering: LvRS Deltares en HRW.
Uitvoeren nieuwe laboratoriumexperimenten - Industrieel (nieuwe kennis) 50% TKI - Leiding: LvRS en Waterproof. In samenwerking met Deltares en HRW. Uitvoering met In kind bijdrage van overige marktpartijen.
Uitvoeren nieuwe veldexperimenten - Industrieel (nieuwe kennis) 50% TKI - Leiding: LvRS en Waterproof. In samenwerking met Deltares. Uitvoering met In kind bijdrage van overige marktpartijen.Maken/verbeteren van praktische formuleringen - Industrieel (nieuwe kennis) 50% TKI - Leiding: LvRS. Uitvoering LvRSDeltares Waterproof en HRW.
Opzetten en testen van praktische tools (in bijvoorbeeld Excel MATLAB en/of Python) - Industrieel (nieuwe kennis) 50% TKI - Leiding: Deltares. Opzetten en testen: LvRS Waterproof en Deltares RHDHV en ARCADIS. Testen: Boskalis Jan de Nul DEME.
Implementatie en testen van formuleringen in Delft3D en MIKE - Industrieel (nieuwe kennis) 50% TKI - Leiding en uitvoering: Deltares en DHI. Testen: RHDHV en Arcadis.
Verwachtte resultaten
Gecombineerde dataset bestaande metingen + rapport - 2020
Dataset laboratoriumexperimenten + rapport/wetenschappelijke publicatie - 2020/2022
Dataset veldexperimenten + rapport/wetenschappelijke publicatie - 2021/2022
Verbeterde praktische formuleringen + rapport/wetenschappelijke publicatie - 2022/2023
Praktische tools (Excel MATLAB Python) - 2021/2023
Implementatie praktische formuleringen in Delft3D en MIKE + handleiding - 2023
Innovativiteit
De voorspellingen van morfologische veranderingen van zand-slib bodems in een estuarium kennen op dit moment een grote onzekerheid waarbij bovendien complexe kalibratieprocedures nodig zijn om betekenisvolle resultaten te krijgen. In de huidige aanpak worden eerst afzonderlijke transportmodellen toegepast voor zand en voor slib en worden de resultaten daarna gecombineerd. De interactie tussen beide sedimentfracties wordt dan echter verwaarloosd. Dit leidt tot grote onzekerheden in de voorspellingen van onder meer de sedimenttransporten baggerinspanningen en zand-slib verdeling. Zand-slib-modellen zijn slechts beperkt vergeleken met laboratorium- en veldmetingen of de fysica hierin is onvolledig. Deze worden daarom in de praktijk zeer beperkt toegepast. Het innovatieve aspect van dit onderzoek omvat verbeterde kennis van zand-slib dynamiek en deze vastleggen in -praktisch toepasbare formuleringen engineering tools en verbeterde proces gebaseerde modellen (Delft3D en MIKE).
Valorisatie
Niet ingevuld
Hoe gaan de participanten van het project om met intellectueel eigendom dat voorkomt uit deze projecten?
Alle partijen krijgen alle resultaten van het Project ter beschikking. De resultaten van de samenwerking kunnen breed verspreid worden. Partijen kunnen over deze resultaten vrijelijk publiceren. De resultaten zullen volledig openbaar beschikbaar zijn, met uitzondering van ter beschikking gestelde achtergrondkennis.
Op welke wijze wordt de informatie over dit project op eenvoudige wijze voor het algemene publiek kenbaar gemaakt (beschrijving van het onderzoek, deelnemers en de planning en voortgang)?
De informatie over dit project wordt kenbaar gemaakt via de website van de TKI Deltatechnologie (projectbeschrijving) en de projectwiki van Deltares (projectvoortgang en resultaten).
Projectvoorwaarden
Na de datum waarop deze Overeenkomst in werking is getreden, maar uiterlijk tot een jaar voor de beoogde datum waarop het Project zal zijn voltooid, kunnen ondernemers en/of onderzoeksinstellingen, die op het terrein van het relevante subsidieprogramma van het TKI werkzaam zijn alsnog als Partij toetreden. Een later toetredende Partij zal een nader overeen te komen bijdrage in kind en/of in cash moeten leveren die in redelijke verhouding staat tot zijn relatief aandeel in het Project na toetreding. De overige Partijen ontvangen vervolgens naar rato een terugbetaling en/ of gedeeltelijke vrijstellingen van hun nog te leveren bijdrage in kind, voor zover niet besloten wordt de bijdrage van de later toetredende Partij aan het projectbudget toe te voegen.
Projecteigenaar en projectleider(s)
Partners
- Arcadis Nederland B.V.
- Boskalis Nederland B.V.
- DEME Infra NL B.V.
- DHI Concultancy
- HaskoningDHV Nederland B.V.
- HR Wallingford
- Jan de Nul
- Leo van Rijn Sediment Consultancy
- Stichting Deltares (Delft)
- TKI Deltatechnologie
- Waterproof B.V.
Resultaten
MUSA – Praktische formuleringen voor gedrag van zandslibmengsels (MUd-SAnd) in gecombineerde stroom- en golfomstandigheden-2023-1
Vijf rapporten (MUSA Deliverables - TKI Projects - Deltares Public Wiki) en conceptversie van de data-base
MUSA – Praktische formuleringen voor gedrag van zandslibmengsels (MUd-SAnd) in gecombineerde stroom- en golfomstandigheden-2021-4
Measurement plan
The laboratory experiments are scheduled in six phases:
1A: flow flume experiments remoulded beds
1B: flow flume experimens placed and deposited beds
1C: wave-flow flume experiments placed short bed
1D: wave-flow flume experiments placed long bed
1E: settling velocities
1F: knowledge gaps
The measurement plan for laboratory experiments (11204950_TKI-MUSA_R2r1_Measurement_plan.pdf) is available for download on: https://publicwiki.deltares.nl/display/TKIP/2.+Laboratory+experiments
MUSA – Praktische formuleringen voor gedrag van zandslibmengsels (MUd-SAnd) in gecombineerde stroom- en golfomstandigheden-2021-3
Leo van Rijn (LVRS) has, together with Ana Colina (Deltares) and Andrew Manning (HR Wallingford), carried out a literature survey on sand-mud interactions. The literature survey focusses on (Ch 3) erosion of mud-sand beds, (Ch 4) settling velocities in mud-sand environments and (Ch 5) consolidation and bulk densities of sand-mud mixtures. In addition, the literature survey includes a proposal for additional research (Ch6). The report has been finalized and can been downloaded via the link below.
Literature review on sand and mud: 11204950-001-ZKS-0002_v0.1-Literature review on sand and mud_FINAL.pdf
The second part of the literature analysis focusses on the specific topic of the measuring and interpretation of settling velocities and particle size distributions. Two sedimentation methods (Hydromether-method; Pipet/TAP-method) and the Laser-Diffraction method (LD-method) for measuring the particle sizes of fine silt and clay particles have been studied. The report is written by Leo van Rijn (LVRS) and Kimberley Koudstaal (WaterProof) and can be downloaded via the link below.
Literature review on measuring and interpretation of settling velocity and particle size: 11204950_TKI-MUSA_01B_Hydrometer tests and procedures.pdf
Available on: https://publicwiki.deltares.nl/display/TKIP/1.+Literature+analysis