(
;
1RAPPORTEN
EN MEDEDEELINGEN VAN
DEN RIJKSWATERSTAAT.
INHOUD:I. VERSLAG MODELONDERZOEK KONINGIN
WILHELMINAHA VEN TE VLAARDINGEN. II. VERSLAG MODELONDERZOEK TOT
VER-BETERING VAN DE INVAART TOT DE HAVENS VAN BRESKENS.
SAMENGESTELD AAN HET WATERBOUWKUNDIG LABORATORIUM TE DELFT.
'S-GRAVENHAGE
UITGEGEVEN DOOR HET MINISTERIE VAN WATERSTAAT.
NADRUK VERBODEN.
I.
VERSLAG MODELONDERZOEK KONINGIN
WILHELMINAHAVEN TE VLAARDINGEN.
INHOUD.
Bladz. I. INLEIDING.
1. Opdracht 7
2. Overzicht van het onderzoek en van de verkregen resultaten 7
3. Oorzaken van de sterke aanslibbing 9
4. Proeven in Karlsruhe . 10
5. Oorzaken van afwijking tusschen model en werkelijkheid 11
II. HET MODEL. 6. Modelregels .
7. De schaal van het model .
8. Modelbouw.
9. Vergelijking van het model met de werkelijkheid
III. DE LIGGING VAN DE HA VEN AAN DE RIVIER.
12 12 15 18
10. De stroomverdeeling in een kromming van de rivier 22
1 1. Modelonderzoek 24
IV. POGINGEN TOT VERMINDERING VAN DE AAN-SLIBBING, DOOR VERANDERING VAN DE HA VEN-MOND.
12. Invloed van de vorm van de mond op de aanslibbing
13. Stroommetingen
14. De keus van het slibmateriaal l 5. Meting van de slibhoeveelheden.
16. De aanslibbing in de bestaande toestand
17. Uitbouwen van een krib in de rivier 18. Inkorten en verhoogen van de leidam .
19. Krib en leidam
20. Vernauwen van de havenmond .
21. De nauwkeurigheid van de resultaten
25 27 28 29 31 35 36 39 41 42
V. VERANDERINGEN TEN WESTEN EN TEN OOSTEN VAN DE HAVENMOND.
22. Het terrein tusschen de Koningin Wilhelminahaven en de
oude haven . 43
2 3. Kademuur ten oosten van de mond 44
VERZAMELING VAN DE RESULTATEN.
FIGUREN. 1. Riviervak, dat in het model is voorgesteld.
2. Bouw van het model (foto).
3. Schema van de inloopconstructie. 4. Het model voltooid (foto).
5. Overzicht van de modelhavens (foto).
6. Het model van de Koningin Wilhelminahaven (foto). 7. Kracht op een waterdeeltje in een bocht.
8. Stroomen aan de oppervlakte en langs de bodem (foto). 9. Ongelijke richting van oppervlaktestroom en bodemstroom.
IO. Stroom in de havenmond bij eb, toestand I (foto). 11. Stroom in de havenmond bij vloed; toestand 1 (foto).
12. Stroom in de havenmond bij eb, leidam 2 5 meter verkort (foto). 13. Stroom in de havenmond bij eb, toestand 4 (foto).
14. Stroom in de havenmond bij vloed, leidam 25 meter verkort en verhoogd (foto).
15. Stroom in de havenmond bij eb, toestand IO (foto). 16. Stroom in de havenmond bij eb, toestand 14 (foto). 17. Schets van de onderzochte toestanden.
MODELMETINGEN OVER DE AANSLIBBING
VAN DE KONINGIN WILHELMINAHA VEN
TE VLAARDINGEN.
I. INLEIDING.
1. OPDRACHT.
Na eenige voorafgaande besprekingen werd op 24 Maart 1927 op-dracht ontvangen van de Gemeente Vlaardingen tot het modelonderzoek naar de oorzaak van de sterke aanslibbing in de mond van de Koningin Wilhelminahaven en p_aar mogelijke middelen tot verbetering van die toestand. De opdracht werd later uitgebreid met een onderzoek van de invloed, die het bouwen van een kademuur onmiddellijk ten oosten van de havenmond op de aanslibbing zal hebben.
2. OVERZICHT VAN HET ONDERZOEK EN VAN DE
VERKREGEN RESULTATEN.
Om aan de opdracht te kunnen voldoen is een model gebouwd van een deel van de rivier tusschen de kilometerraaien 15 o, 1 en I 5 4, 5. De schaal was in hoogterichting I : 75 en in horizontale zin I : 200. Het
water in het model kon naar twee kanten stroomen om zoowel vloed-stroom als ebvloed-stroom voor te stellen.
Bij een onderzoek van aanslibbing is vooruit niet te zeggen, of be-trouwbare resultaten worden verkregen; daarvoor bestaan te veel storende omstandigheden. De opdracht kon daarom alleen worden aanvaard met de reserve, dat een vrij groote kans bestond op mislukking.
Het bleek echter, dat het model de bestaande toestand behoorlijk weergaf, en dat het mogelijk was quantitatieve waarnemingen over de aanslibbing te doen. Er bestaat voorts voldoende zekerheid, dat de wijzi-gingen in de mate van aanslibbing, die ontstaan na het veranderen van de havenmond in het model, ook in de werkelijkheid na het maken van de overeenkomstige veranderingen zullen optreden. Op grond van de modelmetingen kan dus worden nagegaan, welke verbouwingen een gunstige uitwerking op de aanslibbing zouden hebben,
Met het onderzoek werd begonnen in September 1927, toen de in-richting van het laboratorium ver genoeg was gevorderd. De laatste maanden van 1927 werden gebruikt voor de bouw van het model, het begin van 1928 voor oriënteerende proeven over aanslibbing.
De eigenlijke metingen kwamen in Januari 1929 gereed. Met het later opgedragen onderzoek kon niet worden begonnen vóór Februari 1930;
het duurde tot midden Mei van dat jaar. ,
Het samenstellen van dit verslag ondervond door de overbelasting van het laboratorium een half jaar vertraging.
De ligging ten opzichte van de krommingen van de rivier is voor ebstroom gunstig, daarentegen voor vloedstroom bepaald ongunstig. Door dit laatste zal, bij gelijke vorm van de havenmond, de aanslibbing in de Koningin Wilhelminahaven sterker moeten zijn, dan die in de Vulcaan-haven, die op een zeer gunstig punt ligt, zoowel bij ebstroom, als bij vloed-stroom.
De vorm van de havenmond blijkt tijdens het voorkomen van ebstroom in sterke mate aanleiding te geven tot uitwisselen van water uit de haven en het slibhoudende rivierwater, waardoor, ondanks de gunstige ligging, veel vaste stoffen in de haven komen. Het doel van de onderzochte ver-anderingen was deze uitwisseling zooveel mogelijk te beperken. Bij vloedstroom is deze uitwisseling geringer; deze gunstige omstandigheid houdt de aanslibbing, die tengevolge van de ligging aan de rivier zeer sterk zou zijn, binnen de perken.
Een zeer werkzaam middel om de uitwisseling tijdens ebstroom te verminderen, is het uitbouwen van een korte dam in de rivier oostelijk van de havenmond. Een dergelijke dam is uit het oogpunt van rivier-beheer ontoelaatbaar; dezelfde werking, hoewel in mindere mate, kan ook worden verkregen door de leidam, die de havenmond aan de westzijde begrenst, in te korten.
Dit geeft bij vloedstroom eenig nadeel, dat op zijn beurt kan worden opgeheven, door dezelfde leidam tot boven hoogwater te verhoogen. In dit geval is, volgens de modelmetingen, de aanslibbing bij eb 20
en bij vloedstroom meer dan rn percent kleiner dan in de oorspronkelijke toestand. Het is, gezien de mate van nauwkeurigheid van de metingen, zeker, dat er verbetering optreedt, maar groot is deze niet.
Een verdere vermindering van de aanslibbing kan worden verkregen door de havenmond te vernauwen. Het uitbrengen van een boven gewoon hoogwater reikende, evenwijdig aan
de
normaallijn loopende dam, .uit-8gaande van de westelijke leidam, waardoor de breedte met 40 percent zou worden verminderd, verbetert de aanslibbing met een dergelijk percentage, namelijk met bijna 50 percent voor ebstroom en ruim 30
percent voor vloedstroom.
Ophooging van het terrein ten westen van de havenmond heeft weinig invloed, daarentegen zal het bouwen van een kademuur aan de oostzijde, waardoor de waterlijn in noordelijke richting wordt verplaatst, een vergrooting van de afzetting van vaste stoffen veroorzaken.
In het model is het niet gelukt betrouwbare waarnemingen te ver-krijgen over de sterkere aanslibbing, die ontstaat door het verdiepen van de havenmond. Eenerzijds wordt deze versterking veroorzaakt, doordat grootere waterhoeveelheden worden uitgewisseld tusschen haven en rivier, maar ook speelt een rol het feit, dat vooral het water uit de diepere lagen, dat het meest slibhoudend is, in meerdere mate in .de haven zal komen. De extra aanslibbing, die, vooral bij vloedstroom, hiervan het gevolg is, kan in het model niet worden weergegeven, daar de verdeeling van het slibgehalte over de diepte in het model niet in voldoende mate met de werkelijkheid overeenstemt.
Globaal kan worden geschat, dat de aanslibbing bij een verdieping met een meter 111instens 20 percent sterker zal worden.
De overige resultaten zijn verkregen door directe slibmetingen. Daarbij is steeds getracht een verklaring voor de uitkomsten van die metingen te vinden door de stroomen te bestudeeren. Het feit, dat die verklaring in den regel op ongedwongen wijze kan worden verkregen, is een aan-wijzing voor de betrouwbaarheid van de uitkomsten.
In de volgende paragrafen wordt de gang van het onderzoek uit-voeriger weergegeven; aan het slot zijn de uitkomsten verzameld in een tabel en in een diagram.
3. OORZAKEN VAN DE STERKE AANSLIBBING. Van de drie havens, die tusschen km I 5 o en km I 5 3 aan de rechter-oever van de Nieuwe Waterweg liggen, heeft de Koningin Wîlhelmina-haven het meest last van aanslibbing. De VulcaanWîlhelmina-haven verkeert blijkbaar in veel betere omstandigheden, terwijl de Wiltonhaven ook minder sterk aanslibt dan de Koningin Wilhelminahaven.
Dit verschil kan op twee wijzen worden verklaard. Ten eerste kan de
vorm van de haven van invloed zijn, terwijl het ook mogelijk is, dat de plaats van de eene haven gunstiger is dan die van de andere. In het eerste geval, wanneer dus de vorm van de haven en vooral van de havenmond de oorzaak is van de sterke aanslibbing, is er een goede kans op verbe-tering gelegen in het aanbrengen van veranderingen in die vorm. Is echter de oorzaak te zoeken in de plaats van de haven in de rivier, dan is verbetering uitgesloten, daar die plaats niet te veranderen is.
Dat inderdaad het punt, waar de haven in de rivier uitmondt, al of niet gunstig zijn kan, is reeds langer bekend. Hierbij kunnen verschillende factoren een rol spelen. In benedenrivieren, waar door eb- en vloed-beweging, zout- en zoetwater3troomingen elkaar ontmoeten, zoodat menging optreedt, kan deze omstandigheid leiden tot plaatselijk sterke aanslibbingen. Daar echter het zoute en brakke water zelden tot Vlaar-dingen doordringt en de haven ook opslibt, wanneer er geen sprake is van de invloed van zout water, kan deze factor ook verder buiten beschou-wing blijven.
Waarnemingen in de werkelijkheid en ook modelproeven hebben de laatste tijd geleerd, dat de ligging van een haven ten opzichte van krom-mingen in de rivier in hooge mate van invloed is op de aanslibbing, niet alleen vóór, maar ook in de havenmond. Het maakt volgens deze onder-zoekingen een groot verschil, of een haven ligt in een recht gedeelte, aan een holle, of aan een bolle oever van de rivier.
Het onderzoek van de Koningin Wilhelminahaven heeft zich ,overeen-komstig het voorgaande, uitgestrekt over twee hoofdzaken.
Allereerst is onderzocht in hoeverre de ligging van de drie genoemde havens een verklaring kan geven voor de verschillende mate van aan-slibbing en in het bijzonder hoe de Koningin Wilhelminahaven zich hierin gedraagt.
In de tweede plaats is nagegaan of het mogelijk is door veranderingen aan de havenmond de aanslibbing te verminderen.
4. PROEVEN IN KARLSRUHE.
In het Fluszbaulaboratorium van Prof. Dr. Ing. Th. Rehbock te Karls-ruhe zijn in de jaren 1925 tot 1929 onderzoekingen gedaan, die op hetzelfde riviervak betrekking hebben. Dit modelonderzoek liep over de aanslibbing van de Vulcaanhaven en in dit onderzoek zijn ook waarnemingen ge-noteerd over aanslibbingsverschijnselen in de Koningin Wilhelmina-haven en de WiltonWilhelmina-haven.
In het rapport van dit onderzoek wordt herhaalde malen ernstig gewezen op de groote moeilijkheden, waarop men gestuit is en hoewel de eindconclusie wel zóó goed is gefundeerd op een groot aantal ver-schillende waargenomen verschijnselen, dat daaraan wel zeker een prak-tische waarde kan worden toegekend, rijst toch onwillekeurig twijfel aan de waarde van elke meting op zichzelf.
De slibmetingen in Karlsruhe vertoonen verscheidene malen onver-klaarbare afwijkingen. Daarentegen konden ook regelmatige verschijnselen worden geconstateerd, welke het mogelijk maakten algemeene regels op te stellen of reeds bestaande theorieën te ·bevestigen.
Alles wijst er op, dat een modelonderzoek betreffende aanslibbingen uiterst voorzichtig moet worden aangevat.
5. OORZAKEN VAN AFWIJKINGEN TUSSCHEN MODEL
EN WERKELIJKHEID.
Wanneer uit de waarnemingen in het model conclusies voor de werke-lijkheid worden getrokken, moet telkens rekening worden gehouden met een mogelijke invloed van storende verschijnselen. Deze storende ver-schijnselen ontstaan door verschillende oorzaken, waarvan de belangrijkste zijn:
r. De kleine schaal van de modellen, waardoor de snelheden zooveel worden gereduceerd, dat rekening moet worden gehouden met de kans op wijziging van het stroombeeld, doordat de turbulente strooming, zooals die in de_ werkelijkheid voorkomt, in het model verandert in een laminaire strooming.
z.. De keuze van het slibmateriaal.
De korrelgrootte kan niet op schaal verkleind worden, de deeltjes zouden zoo klein worden, dat moleculaire krachten een te groote rol gingen spelen. Beter kan de juiste bewegelijkheid en bezinkingsnelheid worden benaderd met een stof van minder soortelijk gewicht, waarbij de deeltjes wat grooter zijn. Het onderscheid tusschen het grovere materiaal, dat over de bodem beweegt en de fijnverdeelde slib, dat in het water is gesuspendeerd, zal minder sterk zijn dan in de werkelijkheid. Ook zal het slib meer gelijkelijk over de waterdiepte zijn verdeeld, dan in de werkelijk-heid.
Van een volkomen juiste weergave van aanslibbingsverschijnselen kan geen sprake zijn en daarom is het onderzoek slechts aanvaard onder de reserve, dat het zeer goed mogelijk zou kunnen zijn, dat geen resultaten werden verkregen.
II. HET MODEL.
6. MODELREGELS.
Bij het doen van modelonderzoekingen wordt uitgegaan van de onder-stelling, dat ervaringen hierbij opgedaan en metingen hierbij verricht op de een of andere wijze op de werkelijkheid zijn over te brengen.
Dit overbrengen geschiedt met behulp van eenige modelregels, die het verband vastleggen tusschen afmetingen, tijden en krachten in het model eenerzijds en in de werkelijkheid anderzijds.
Stond de geldigheid van deze regels voor alle gevallen volkomen vast, dan was het overbrengen van model naar werkelijkheid met zekerheid uit te voeren. Dit is echter, zooals in § 4 is gezegd, niet altijd het geval: juist bij aanslibbingsmetingen moet de waarnemer steeds verdacht zijn op afwijkingen.
De modelregels gaart uit van de schaal k van het model en verder van
het feit, dat de versnelling van de zwaartekracht gin het model gelijk is aan die in de werkelijkheid. Dit brengt mede, dat alle versnellingen in het model de werkelijke grootte behouden.
In verband met de formule 1
=
½
a t2 (1=
weg, a=
versnelling, t = tijd) moet t2 in het model evenveel worden verkleind als 1, dus t evenveel als yl.De tijdschaal is dus de vierkantswortel uit de lengteschaal. De formule voor de afgelegde weg bij eenparige beweging
i
= vt geeft de schaal voor de snelheid v, die ook de wortel uit de lengteschaal is. Op deze wijze voortgaande kunnen de volgende betrekkingen worden gevonden:Afmetingen x. ij. z. X k X
Tijd T ld t
Snelheid V ktv
Versnelling A kO a
Oppervlak F k2 f
Inhoud, massa, kracht M kam
Afvoer per seconde
Q
k2t qDe hoofdletters stellen de werkelijke grootheden voor, de kleine letters hebben betrekking op het model.
7. DE SCHAAL VAN HET MODEL.
Hoe kleiner de schaal van het model wordt gekozen, des te gemakke-lijker, sneller en minder kostbaar zijn de modelmetingen uit te voeren.
Daarentegen worden de storende invloeden van meer belang, naarmate de schaal kleiner is, terwijl ook de onvermijdelijke meetfouten de uit-komsten gaan beïnvloeden.
In den regel wordt de grens gesteld door het gevaar voor het ontstaan van de verkeerde stroomingstoestand. Om zeker te zijn, dat in het Vlaar-dingsche model de stroom in voldoende mate turbulent is, moet de schaal van de diepten minstens I : 100, liefst nog iets meer, zijn.
Een moeilijkheid doet zich nu voor, omdat de horizontale uitbreiding van het model zóó groot zou moeten worden, dat de schaal 1 : 1 oo voor de horizontale afmetingen niet is door te voeren. Om de stroomen vóór de haven met' zekerheid overeenkomstig de werkelijkheid te maken, zoowel bij eb- als bij vloedstroom, moet naar beide zijden een riviervak van vrij groote lengte in het model worden weergegeven. Werd dit nagelaten, dan zouden de onvermijdelijke storingen bij de intree van water in het model nog invloed op de stroom bij de haven hebben. Vooral in de richting van Rotterdam moet het model ver worden uitgebreid om een vergelijking van de Koningin Wilhelminahaven met de in die richting gelegen havens van de Vulcaan en van Wilton mogelijk te maken. Door de krommingen in de rivier wordt ook in de breedterichting een aanzienlijke afmeting vereischt.
fo de beschikbare ruimte was een model op I : I 00 niet onder te
brengen.
Al was dit het geval geweest, dan zou dit model toch zoo onhandelbaar groot zijn geworden, dat wel naar middelen zou zijn omgezien, om met een kleinere schaal te kunnen werken.
Bij een horizontale schaal van 1 : 200 bleek het model nog goed te
kunnen worden opgesteld. Het is echter uitgesloten ·deze verhouding ook als diepteschaal aan te houden. De stroom zou .dan laminair . worden, waardoor ontoelaatbare afwijkingen zouden ontstaan. Het al dan niet laminair zijn wordt beheerscht door de constante van Reynolds
VD
R = - .
')J
V is de snelheid, D de waterdiepte, v de kinematische viscositeit van het water, die bij gewone temperatuur ongeveer 1 : 70 c.g.s.
een-heden is.
Om turbulente stroomen te verkrijgen moet de constante in het grootste deel van het model 8000 c.g.s.-eenheden bedragen en mag R
alleen op plaatsen, waar de waterbeweging weinig invloed heeft op het stroombeeld, onder .2000 dalen. .
In de werkelijke rivier is met V ~ 90 cm per sec, D R = 90 X 900 X 70 = 5.670.000; in het model V d r 'Jl dus te klein. 90 200½ X 200 X 70 = 2000; 900 cm
Een middel om turbulentie te verkrijgen, is het opvoeren van de stroomsnelheid, tot ongeveer het viervoudige met de waarde, die op grond van de modelregel is gevonden. Daarmee wordt echter niet veel bereikt, want met de versterkte stroom bestaat geen zekerheid, dat het stroom-stelsel in het model gelijkvormig is aan dat in de werkelijke rivier en havenmond.
Benige uitkomsten van de metingen te Karlsruhe, waar dit middel werd toegepast, wijzen er op, dat inderdaad belangrijke afwijkingen van de gelijkvormigheid kunnen voorkomen.
Daarom is te Delft gebruik gemaakt van een ander middel, dat evenmin zonder bedenking is, maar waarmee reeds verscheidene malen goede resultaten zijn verkregen.
Dit is het handhaven van de benoodigde diepteschaal, maar het samen-trekken yan de horizontale afmetingen van het model, tot het bezwaar van de te groote uitgebreidheid is ondervangen.
Het grootste nadeel van een dergelijk samengetrokken model is, dat de schaal voor de snelheden verschillend moet worden gekozen, al naar het eene of het anden~ verschijnsel moet worden weergegeven.
Is k de diepteschaal en nk de lengteschaal, dan komt het verhang in het model overeen met het werkelijke, d.w.z.: n maal zoo groot, als
v (n)½ (nk)½
-v
k k.(r)
De snelheid is dus nog grooter dan in een niet-samengetrokken model met dezelfde diepteschaal. Daarmee hangt samen, dat de centrifugaal-krachten, die ontstaan door de gebogen stroomlijnen in de gekromde riviervakken, te groot worden.
Wil het dwarsverhang, dat met de centrifugaalkrachten in verband staat, in het model n maal het werkelijke zijn (d.w.z. niveauverschillen tusschen tegenover elkander gelegen punten zijn op hoogteschaal), dan moet de snelheidschaal worden gegeven door
V I
V =H,
dus door dezelfde voorwaarde als in het niet-samengetrokken model.
De ceritrifugaalkrachten zijn van zeer veel belang voor het onderzoek, omdat zij de dwarsbeweging van het slib en vooral van het over de bodem bewegende materiaal beheerschen. Toch kan met de door (r) gegeven snelheidschaal worden gewerkt. De centrifugaalkrachten zijn nu wel te groot, maar dit is geen bezwaar. Om het materiaal over de taluds, die in het model ook n maal te steil zijn, naar de bolle oever te transporteeren, is een grootere kracht noodig.
Als slotsom van deze beschouwingen is de diepteschaal van het model op r : 7 5 gesteld (k
=
75); het model is zo over samengetrokken, tot de lengteschaal r : 200 is (n=
200 : 75). De snelheid is door (1) bepaald.Dat het water in het model voldoende turbulent is, volgt uit:
V d (200)½ 900
r = - = 90 ~~ X - X 70 = 14300.
V 75 75
De benoodigde hoeveelheden water voor eb- en vloedstroom worden afgeleid uit waarnemingen in de Waterweg.
Volgens opgave van de Rijkswaterstaat bedragen de afvoeren en snelheden in de werkelijkheid in de Nieuwe Waterweg:
Bij vloed Q = 3,373 X 109 cm3 V 86 cm. Bij eb Q
=
4,354 X 109 cm3 V=
125 cm. • Hieruit volgt voor het model:Vloed: q = 42 X 103 cm3 per sec. v = 16,2-cm per sec.
Eb: q = 5 5 X 103 cm3 per sec. v = 23,5 cm per sec.
Deze waterhoeveelheden vormen geen bezwaar voor het vermogen van de beschikbare pompinstallatie.
8. MODELBOUW.
Figuur I. Riviervak, dat in het model is voorgesteld.
De mond van de Koningin Wilhelminahaven ligt ongeveer bij raai 15 2 6•
Om de in- en uitlooplengte, dat zijn aansluitende riviergedeelten, voldoende.
lengte te kunnen geven, moet het model zich uitstrekken van raai 1 5 o, 1 tot 154,5. Om de afvoer .van het water uit het model mogelijk te maken, moest dit op een onderbouw worden opgesteld. Deze onderbouw bestond uit een laag golfijzeren platen, steunend op baddings op schragen. Hierop is een laagje magere beton gestort om een stijve constructie te verkrijgen. Voor het maken van het eigenlijke model kon worden beschikt over de door de Rijkswaterstaat geregelde opgepeilde dwarsraaien in de rivier, die op onderlinge afstanden van 12 5 meter liggen. De peilingen van 192 7 konden voor de bouw worden gebruikt. De raaien zijn op de juiste schaal gezaagd uit strooken triplexhout. De zoodoende gevormde mallen werden verstijfd door ze op een lat te schroeven.
Het stellen van de mallen op de juiste plaats geschiedde door gebruik te maken van een schietlood, opgehangen aan een katje, dat in twee richtingen langs · in het laboratorium aangebrachte ver-deelingen kan worden verplaatst. Nadat de mallen met behulp van een waterpasinstrument op de goede hoogte waren gebracht, konden ze worden vastgezet.
De tusschen de raaien gelegen vakken zijn met drijfsteenmetselwerk gevuld en vervolgens met cementmortel gelijk met de bovenkant van de mallen afgepleisterd.
Figuur 2 stelt de modelbouw voor. De mal, waartegen de teekening steunt, is op hoogte gesteld; het vak erachter wordt opgevuld. De voorste raaien zijn nog niet opgesteld.
De verdeelde balk boven het model is de baan van het katje met het schietlood. De balk is zelf in de lengterichtng te bewegen over vaste ver-deelde banen ter weerszijden.
Om de ruwheid te verminderen en tevens het lekken tegen te gaan, is het model bestreken met gesmolten paraffine. Later bleek dit niet vol-doende te hechten en is met een schilderslamp de paraffine ingebrand en aangesmolten. Dit kost wel veel tijd, maar is afdoende. Het model werd zeer glad en de afdichting was uitstekend. De nauwkeurigheid in het riviergedeelte is niet grooter dan tot op 2 mm. In het havencomplex zijn de afwijkingen kleiner gebleven dan 1 mm. De leidam en de bodem van
de Koningin Wilhelminahaven zijn resp. in paraffine en in gips ge-modelleerd, daar in dit geval veranderingen eenvoudiger zijn aaµ te brengen en ook een witte bodem het zicht beter maakt.
Aan de beicle uiteinden van het model is een aanbouw gemaakt, die voor inloop en uitloop voor het benoodigde water kan dienst doen. Het. instroömende water komt in eeri woelbak, gaat verder onder een houten scherm door, waarna over een korte afstand de diepte afneemt tot de 16
normale rivierdiepte en de breedte toeneemt tot de rivierbreedte. In één der zijwanden van de woelbak is een regelbare opening gemaakt, welke als uitlaat dienst doet bij tegenovergestelde stroomrichting.
Figuur 3 geeft een schematisch beeld van deze in- en uitloop-constructie.
INL..AA1
Figuur 3, Schema van de inloopconstructie.
Met behulp van deze constructie kan een bepaalde stroomingstoestand eenvoudig worden nagebootst.
De afvoer van de rivier wordt in een meetinrichting met scherpe stuwrand nauwkeurig ingesteld en door het model gevoerd. Door de uitlaatopening te regelen wordt de waters!,áand op een bepaald punt in de rivier ingesteld.
Is het model in orde, dan moeten de waterhoogten en de snelheden overal vanzelf verder met de werkelijkheid overeenstemmen. Een on-juiste stroomverdeeling in de rivier bij de havens zou wijzen op te kleine lengte van het bovenstrooms gelegen riviervak, waardoor de storingen, die bij de inloop ontstaan, zich tot de havens kunnen voortplanten.
Wanneer het verhang, en daarmee de waterstand, niet in overeen-stemming is met die in de werkelijke rivier, dan wijkt de ruwheid in het model van de juiste waarde af.
Een kleine fout in het verhang is voor de waterhoogten niet belangrijk en daar het langsverhang niet van invloed zal zijn op de aanslibbing, behoeft aan een nauwkeurige ruwheidsvergelijking geen groote zorg besteed te worden.
Het voltooide model met stroomend water (eb) is weergegeven in figuur 4.
Figuur 5 geeft een overzicht van drie belangrijke havens aan de
noorde-lijke oever, namelijk de Koningin Wilhelminahaven op de voorgrond, daarachter de mond van de Vulcaanhaven en op de achtergrond de Wilton-haven.
Tenslotte geeft figuur 6 nog een beeld van de modeluitvoering der Koningin Wilhelminahaven op iets grooter schaal.
9. VERGELIJKING VAN HET MODEL MET DE
WERKELIJKHEID.
Na voltooiing van het model moest in de eerste plaats worden onder-zocht, in hoeverre de stroomingstoestanden bij eb en vloed in overeen-stemming waren met de werkelijkheid.
Om de gladheid van het model te beoordeelen, werden eenige ver-hangmetingen verricht. Deze metingen geschiedden aan een viertal peil-naalden met scherpe punt (figuur 4), die werden opgesteld twee aan twee tegenover elkaar in dwarsraaien, die in lengterichting zoover mogelijk van elkaar waren verwijderd. De afstand tusschen de meetraaien was in het model 2580 cm, in de werkelijkheid dus 200 x 25,80
=
5160 meter; de plaats der meetpunten is in figuur 1 met een kruisje aangegeven.Door in één raai twee peilnaalden tegenover elkaar op te stellen, kan het dwarsverhang ten gevolge van centrifugaalkrachten worden ge-meten en voor het langsverhang worden uitgeschakeld. De nulpunten van de peilnaalden ten opzichte van elkaar werden bij stilstaand water bepaald.
Bij ebstroom werden de peilnaalden wederom afgelezen, waarbij drie verschillende toestanden na elkander werden ingesteld.
Ten eerste een stroom van 5 6, 8 liter per seconde, bij een waterstand van 75 centimeter onder N. A. P., overeenkomende met de vol door-staande ebstroom bij een peil van ongeveer gemiddeld laagwater.
Bij een tweede meting was de waterhoeveelheid iets grooter, namelijk
62,0 liter per seconde, het peil 45 cm
+
N.A.P.Tijdens deze metingen was geen slib in het model aanwezig, zoodat de wrijving werd bepaald door de paraffinelaag; de derde meting werd gedaan nadat de bodem van het model was bedekt met een dunne laag van de minst fijne bestanddeelen uit het gebruikte slibmateriaal; de toe-stand die ook tijdens .de aanslibbingsmetingen aanwezig was.
In de volgende tabel zijn de verkregen aflezingen verzameld, waarbij de aflezing van peilnaald 1, die op de rechteroever in raai I 54,2, s=1eeds op nul werd gesteld. De getallen geven dus de maat, waarover bij de andere peilnaalden de waterspiegel hooger stond dan bij peilnaald 1 in centimeters.
Afvoer Water-model rivier stand
liter m" cm Maten in het model.
per per + N.A.P. sec, sec,
Raai 154,2 149,7 154,2 149,7
-Oever r. 1. 1. r. gem. gem. Verval
Peil- 3+4-1-2 naald l 2 3 4 - - - -l + 2 - - -3 + 4 2 2 2 56,8 4500 - 75 0 0,13 0,36 0,30 0,065 0,330 0,265 62,0 495° + 45 0 0,11 0,21 0,18 0,055 0,195 0,140 31,6 2520 + 45 0 - 0,07 0,08 0,03 -0,035 0,055 0,090
·
-AfvoerWater-model rivier stand
liter m" cm Maten in werkelijkheid. per per + N.A.P. sec. sec, Raai 154,2 149,7 154,2 149,7
-J
Oever 1. 1. r. gem. gem. Verval
Peil- 3+4-1-2 naald 2 3 4 - ~ l + 2 - - -3 + 4 2 2 2 56,8 4500 - 75 0
-lli"
5 25 20 62,0 495° + 45 0 8 16 13 4 14½ 10½ 31,6 2520 + 45 0 - 5 6 2 - 2 ½ 4 6½Uit deze metingen blijkt, dat het dwarsverhang in de rivier zonder twijfel aanwezig is. De verschillen 2 - 1 en 3-4 zijn te groot, om ze aan meetfouten toe te schrijven. De onnauwkeurigheid in de aflezingen is zeker niet grooter dan 0,02 centimeter. Waarom peilnaald 2 bij de derde
meetserie in tegenstelling van de andere keeren lager staat dan nummer 1, is niet duidelijk. Vermoedelijk is de nabijheid van een buigpunt in de rivier hier de oorzaak: bij verschillende afvoer van de rivier zal de invloed van een bovenstrooms gelegen bocht zich wellicht over grootere of kleinere afstand doen gevoelen.
Bij de beoordeeling van de grootte van het dwarsverhang in raai 1 5, (peilnaald 3 en 4) moet er nog op worden gelet, dat peilnaald 4 iets boven 19
en 3 iets beneden de raai staat (te zien op de foto, figuur 4); het werkelijke
dwarsverval is dus nog iets grooter dan uit de tabel zou volgen.
Uit het verval tu~schen de beide raaien kan worden berekend de -· coëfficient C, die een maat is voor de gladheid.
De verhangformule wordt daartoe geschreven
of I
=
V2 : C2R, H = LQ2 : C2F2R.
Daarbij is I het langsverhang, V de gemiddelde snelheid, die wordt gevonden door de afvoer
Q
te deelen door het natte dwarsprofiel F. R is de hydraulische straal van het dwarsprofiel, H het hoogteverschil tusschen twee raaien, die op een onderlinge afstand L liggen. ·In het rivierbed veranderen F en R van punt tot punt; daarom wordt het riviervak in kleine stukken verdeeld en voor elk stuk een gemiddelde F en een gemiddelde R gekozen.
De formule wordt dan:
F2R
H
Q
2 •• c2sy,
waaruit volgt: ·
V
F2RC = Q: H s
L'
Met deze formule werd uit de waarnemingen van de eerste meet-serie gevonden
C
=
732;de tweede maal, met een hoogere waterstand,
C
=
912en de derde keer, waarbij de bodem met slib was bedekt,
C
=
580.Het paraffinemodel was dus te glad, de met slib bedekte bodem had de goede ruwheid.
Het verdient nog opmerking, dat de formule alleen mag worden toe-gepast, wanneer de opvolgende dwarsprofielen niet veel in grootte ver-schillen, zoodat de snelheid vrij gelijkmatig blijft. In onregelmatige riviervakken moet een correctie worden aangebracht om rekening te houden met de verandering van het in het water aanwezige arbeidsver-mogen van beweging.
Nog belangrijker is de controle op de juiste verdeeling van de stroom-snelheden. Nadat het stroombeeld in het model was opgenomç:n, werden
daartoe in de rivier een aantal stroomrichtingen opgenomen en globaal enkele snelheden bepaald.
Bij deze controle bepaalde men zich tot het riviervak vóór de drie havens. Ver stroomopwaarts en stroomafwaarts behoeft men daarbij niet te gaan, daar de uiterste deelen van het model juist ertoe dienen om de verkeerde stroomen die bij de inloop zullen ontstaan, geleidelijk in goede banen te leiden. In die gedeelten zal dus uit den aard der zaak geen overeenstemming met de werkelijkheid bestaan.
In het middelste deel van het model, waaraan de havens zijn gelegen, bleek de overeenstemming zeer goed te zijn. Ook in de mond van de Koningin Wilhelminahaven werden de toestanden met die in het model vergeleken. In het model bevonden zich daar bij ebstroom neeren, die bij vloed veel minder ontwikkeld waren. Zoowel wat de vorm van deze neeren, als wat de daarbij optredende stroomsnelheden betreft, was de overeenstemming goed.
Een bewijs, dat het model in dit opzicht goed was, werd vooral ge-leverd door een plaatselijk neertje aan de zuidelijke oever, dat in het laboratorium bij ebstroom werd opgemerkt. Bij de controle werd dit neertje tijdens de sterkste stroom op de juiste plaats teruggevonden.
Deze controles waren noodzakelijk omdat, vooral tengevolge van het samentrekken van de horizontale afmetingen, het niet zeker was, dat de toestanden in het model met die in de werkelijkheid zouden over-eenkomen. Zelfs al zou het model geheel op de schaal I op 75 zijn gebouwd, dan had men een controle toch niet kunnen missen. Wel is het water in het model turbulent, maar de mate van turbulentie kan in het model (getal van Reynolds ongeveer I 5 ooo) nooit zoo groot zijn, als in de rivier zelf, waar het getal van Reynolds verscheidene millioenen eenheden be-draagt. Op sommige verschijnselen heeft een zoo sterke variatie van dit getal wel degelijk een waarneembare invloed.
De daardoor ontstane onzekerheid kan alleen door controles, niet langs theoretische weg, worden opgeheven.
Er is niet getracht in het model het verloop van een geheel getij weer te geven, met inbegrip van de kenteringen van eb op vloed en van vloed-stroom op ebvloed-stroom. Weliswaar komt tijdens de kentering het in de havenmond aanwezige water nagenoeg tot rust, zoodat de zich daarin bevindende slibdeeltjes gemakkelijk zullen bezinken, maar de in deze oogenblikken afgezette hoeveelheden slib zullen klein zijn ten opzichte van die, welke zich gedurende de uren lang loopende stroomen verzamelen. Ook bij vol doorstaande stroom is de snelheid in een groot deel van de 2.1
havenmond zoo gering, dat veel slib bezinkt, terwijl het grovere materiaal, dat eenmaal in de haven is gekomen, zich daar zeker zal neerzetten.
In het model zijn daarom slechts twee toestanden onderzocht. De eerste komt overeen met een maximum ebstroom bij een getij van ge-middelde sterkte. De waterspiegel is daarbij gehouden op het niveau, dat in den regel gedurende het grootste deel van de duur van de ebstroom ongeveer aanwezig is, dat is iets hooger dan gewoon laagwater.
Om de vloedstroom voor te stellen, werd een hooger peil van het wateroppervlak gekozen, in overeenstemming met het feit, dat deze stroom-richting voorkomt vóór en tijdens de hoogwaterperiode.
Gedurende de proeven werd noch aan de waterhoogte, noch aan het debiet, iets gewijzigd. Behalve de invloed van de kenteringen werden door deze handelwijze uitgeschakeld mogelijke gevolgen van het vullen van de haven tijdens vloed en van het ledigen tijdens het vallen van het water. De redenen, waarom gemeend is, dat hiervan mocht worden afgezien, zullen later worden vermeld.
III. DE LIGGING VAN DE HA VEN AAN DE RIVIER.
10. DE STROOMVERDEELING IN EEN KROMMING
VAN DE RIVIER.
Het is van algemeene bekendheid, dat de stroomen in een r1v1er-kromming op verschillende plaatsen van het profiel niet evenwijdig aan elkander loopen, zooals het in een recht riviervak het geval is. De oorzaak daarvoor vormen de centrifugaalkrachten. Om een kromming door te loopen, moet elk waterdeeltje door een kracht zijdelings uit zijn baan worden weggedrukt, anders zou het rechtdoor blijven gaan. Deze zijdelings werkende kracht kan alleen worden geleverd door een verschil in druk van de waterdeeltjes aan de linker- en rechterzijde, wat alleen mogelijk is, wanneer een dwarsverhang aanwezig is.
Moet het water in de bocht bijvoorbeeld naar links afwijken, dan moet de druk van rechts naar links grooter zijn dan in omgekeerde richting: het water moet aan de rechterzijde, dat is aan de holle oever, het hoogst staan: er is een dwarsverhang van de holle naar de bolle oever. Men kan zich voorstellen, dat het dwarsverhang ontstaat, doordat het water aan-vankelijk neiging heeft om rechtdoor te stroomen en zich dus zal ver-zamelen aan de holle oever.
De uitwerking van het dwarsvethang i is, dat alle waterdeeltjes een
22
l
versnelling g1 m zijdelingsche richting ondergaan (g is de versnelling van de zwaartekracht).
r
-i
gi---EJ
Figuur 7. Kracht op waterdeeltje in een bocht.
Deze versnelling doet de deeltjes, die zich met de snelheden v loodrecht daarop bewegen, cirkelvormige banen beschrijven met een straal
r = v2 : gi.
Het verhang i is voor alle deeltjes in een verticaal hetzelfde, de snel-heid v echter niet, omdat in den regel de stroom in de bovenste lagen stetker is dan dicht bij de bodem. De bovenste deeltjes zullen dus banen beschrijven met grootere straal, dan de onderste. Zij zullen de bocht van de rivier niet geheel volgen, maar bij de holle oever terechtkomen waar zij het watertekort aanvullen, dat ontstaat door het verdwijnen van de onderste deeltjes, die zich bewegen in banen, sterker gekromd dan de rivier, zoodat zij de bolle oever opzoeken, die op zijn beurt door het oppervlaktewater wordt verlaten.
Zoodoende ontstaat een schroefvormige waterbeweging, waardoor al het materiaal, dat over de bodem rolt (zand) wordt meegevoerd naar de bolle zijde. Ook het slib, dat in de diepere lagen in veel grooter hoeveel-heden aanwezig is, dan bij de oppervlakte, zal voor het grootste deel aan die zijde worden verzameld.
Een ligging van een haven aan de bolle (convexe) zijde van een rivier-kromming is dus met het oog op aanslibbing en aanzanding in den regel minder goed, dan aan de holle (convave) kant. De ongunstige eigen-schappen van de bolle kant blijven nog over eenige afstand voorbij het buigpunt bestaan, hoewel in afnemende mate, daar bij het buigpunt de opeenhooping van de vaste stoffen aan de convexe zijde nog zeer groot is en eerst op eenige afstand de werking van de volgende kromming in tegengestelde zin, merkbaar is. In een tijrivier, waar de stroom uit beide richtingen kan komen, zal alleen een haven in het middelste deel van een
.z.;
holle bocht we1mg aanslibbing ondervinden. Nabij het buigpunt staat de haven onder invloed van de aangrenzende tegengestelde kromming, hetzij bij vloedstroom, hetzij bij ebstroom.
II. MODELONDERZOEK.
Indien dit verschijnsel in het riviergedeelte van het model merkbaar optreedt, is het de moeite waard, het vast te leggen.
In verschillende raaien van het model werd getracht het verschil in richting van oppervlakte en bodemstroomen te constateeren. Daartoe werden papieren wimpels aan een balk over het model bevestigd en juist onder water gebracht. Op de bodem werden kristallen kaliumper-manganaat gestrooid, die in de richting van de stroom een gekleurde streep achterlaten. Het geheel werd gefotografeerd en ook schetsmatig uitgewerkt.
In verschillende raaien bestaat inderdaad een richtingsverschil tusschen oppervlakte- en bodemstroom. Aan de oevers is het verschijnsel gestoord door de neiging van het soortelijk zwaarder kaliumpermangaat om de diepste plaatsen te zoeken. Zoo bleek bij ebstroom in een raai ter hoogte van de Vulcaanhaven de bodemstroom duidelijk van de haven afgekeerd. Ter plaatse van de Koningin Wilhelminahaven was dit niet het geval, daar kon niet duidelijk een afwijking naar een of andere richting worden vastgesteld. Ter plaatse van de Wiltonhaven was ook niet veel afwijking te bemerken. i 1 2
\
"'
•
f,•
•
1"'
1 1 1'
1:. ~ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ~.
1 \. 1 1 i \ ~ ½ % - - - ~ OPPERVLAKT[STR.OOM _ _ _ . 0OOEM~rROOMFiguur 9. Ongelijke richting van oppervlaktestroom en bodemstroom.
Bij de Vulcaanhaven, die ongeveer in het midden van de holle bocht ligt, is zeer waarschijnlijk de geringe aanslibbing in de mond van deze haven daaraan te danken.
moet daar het aanslibbingsverschijnsel sterker zijn, dan in de Vulcaan-haven. De haven ligt namelijk in de omgeving van een buigpunt en, hoewel bij ebstroom de slibconcentratie tengevolge van de werking van de bocht ten oosten van de haven niet groot kan zijn, moet de aanwezigheid van de kromming in de richting van Maassluis groote hoeveelheden zand en slib in de onderste lagen voor de havenmond brengen. En bij vloed-stroom kan zelfs deze haven nog aan de bolle zijde gerekend worden, wat weliswaar niet duidelijk waar te nemen was uit de stroomrichtings-verschillen van oppervlakte- en bodemstroom, maar wel uit de peilkaart
te zien is. 1
Ook de Wiltonhaven ligt zoo nabij een stroomovergang, dat één van beide stroomrichtingen, in dit geval de ebstroom, aanleiding kan geven tot sterke aanslibbing.
Op grond va~het voorgaande kan dus worden geconcludeerd, dat de ligging van de Vulcaanhaven zeer goed is, terwijl de beide andere voor aanslibbing veel minder gunstig liggen.
IV. POGINGEN TOT VERMINDERING VAN DE
AAN-SLIBBING DOOR VERANDERING VAN DE HAVENMOND.
12. INVLOED VAN DE VORM VAN DE MOND
OP DE AANSLIBBING.
De aanslibbing ontstaat doordat de stroomsnelheden in de haven zoo klein zijn, dat het slib, dat in de haven komt, niet meer blijft zweven en dus neerslaat. Dezelfde oorzaak heeft het neerzetten tengevolge van de grovere bestanddeelen (zand), die zich over de bodem bewegen, en door het langzamer stroomende water niet meer kunnen worden verplaatst. Invloed op de verondieping zou dus kunnen worden uitgeoefend op twee wijzen: versterken van de stroomen in de havenmond en ver-mindering van de hoeveelheden slib en zand, die de haven binnentreden. Het eerste middel is uit scheepvaartoogpunt ongewenscht en zou bovendien nooit tot het doel leiden, daar het onmogelijk is in de geheele haven stroomen te onderhouden, die zoo sterk zijn, dat geen slib bezinkt en geen zand wordt neergezet.
Wat in aanmerking komt om de mate van aanslibbing te beïnvloeden is dus uitsluitend het regelen van de hoeveelheid slib en zand die de haven binnenkomt. Deze hoeveelheid zal des te kleiner zijn, naarmate de uit-wisseling van water tusschen rivier en havenmond meer wordt beperkt. Het rivierwater, dat de haven binnenkomt, bevat immers steeds een kleinere 25
1
i 1
1
of grootere hoeveelheid slib, terwijl het water, dat de haven verlaat, helderder is, omdat een deel van het slib in de haven is bezonken. Hoe langer dit water in de haven vertoeft, hoe meer slib het daar achterlaat. Om aanslibbing te beperken, zal er dus ook naar moeten worden gestreefd, dat het water, dat eenmaal in de haven geraakt, er ni~ te lang verblijft. Een gunstige uitwerking zou het ook hebben, wanneer een oplossing kon worden verkregen, waarbij het water, dat de haven binnenkomt, hoofdzakelijk afkomstig is van de bovenste lagen van de rivier, waar het slibgehalte het kleinst is. Het is gemakkelijk in te zien, dat dit zeer moeilijk is te bereiken en in het model is dan ook geen resultaat in deze richting verkregen.
Bij het onderzoek is dus steeds het streven geweest de uitwisseling van water tusschen rivier en haven zooveel mogelijk te beperken.
Deze uitwisseling heeft plaats door verschillende oorzaken.
De voornaamste daarvan is het vormen van neeren: draaiende stroomen, waarbij de waterdeeltjes zich nagenoeg in gesloten banen bewegen. Derge-lijke neeren ontstaan bijna steeds, wanneer zich in de begrenzing van stroomend water inhammen bevinden.
De hoofdstroom kan niet in deze inhammen binnendringen, maar brengt door zijn wrijving het water in de inham in draaiende beweging, waarbij het aan de hoofdstroom grenzende deel (rivierzijde) zich in dezelfde richting als deze en het van de hoofdstroom afgekeerde deel (landzijde) zich in tegenovergestelde richting beweegt. De sterkte en de stabiliteit van de neer hangt van de vorm van de inham af. Is deze zoodanig dat neervorming in de hand wordt gewerkt, dan is soms de snelheid aan de landzijde de helft van die van de hoofdstroom. In het midden van de neer zijn de snelheden altijd zeer klein.
Wijkt de vorm van de inham sterk van een cirkel af, dan vult de neer de inham niet geheel op; in de overblijvende deelen ontstaan dan neeren van hoogere orde, die grootendeels een draairichting bezitten, tegen-gesteld aan die van de hoofdneer.
Wordt de neer over een groot deel van zijn omtrek door vaste wanden geleid, dan is hij stabiel. Wanneer dit niet het geval is, blijft hij niet steeds dezelfde ligging aannemen: er ontstaat eenige slingering, vooral wanneer de geleiding aan de rivierzijde ontbreekt.
Een stabiele neer heeft weinig aanslibbing tengevolge, omdat hetzelfde water steeds ronddraait en er dus weinig nieuw, slibhoudend, water uit de rivier kan komen. Is de neer weinig stabiel, dan ontstaat met de slingering uitwisseling van water tusschen neer en hoofdstroom: telkens verliest de neer bij het bovenstroomende einde een hoeveelheid water, dat in de
rivier terecht komt en eenige tijd later wordt vervangen door rivierwater, dat bij het benedenstroomsche uiteinde binnentreedt.
Het is dus van belang een stabiele neer te verkrijgen van ger.i,._nge sterkte, die zich bovendien niet ver in de havenmond uitstrekt. ·
Een tweede oorzaak van uitwisseling van water kan zijn gelegen in de vorming van een wervelstraat. Deze ontstaat soms, wanneer de stroom een vooruitstekend punt passeert; van die punt laten dan met geregelde tusschenpoozen kleine wervels los : gebieden van ronddraaiende stroomen, waarin (in tegenstelling met neeren) de rotatie in het midden (wervelkern) het grootst is.
Bij de Koningin Wilhelminahaven wordt uitwisseling tijdens de periode, waarin vloedstroom loopt, ook verkregen, doordat water stort over de kruin van de westelijke leidam, die gedurende een groot deel van die periode onder water staat.
Ten slotte moet nog worden gerekend met het afwisselen van hoog-en laagwater, waardoor gedurhoog-ende rijzhoog-end water ehoog-en vulstroom naar de haven zal gaan en tijdens het vallen van het niveau een overeenkomstige waterhoeveelheid de haven moet verlaten.
Een eenvoudige berekening leerde, dat de snelheden, die door het vullen en ledigen optreden, klein zijn ten opzichte van die, welke ontstaan door de drie overige genoemde oorzaken van uitwisseling. Het op- en neergaan van de waterspiegel kon dus niet anders, dan een ondergeschikte invloed op de aanslibbing hebben, een invloed, c;lie bij de slibmetingen is verwaarloosd, zooals reeds in paragraaf 9 is gezegd.
Door een controleproef is nog nagegaan, of deze verwaarloozing geoorloofd was. Bij deze proef werd in de rivier vloedstroom ingesteld en, met een onveranderlijke waterstand, achter in de haven zooveel water afgetapt als overeenkomt met maximum vulling. Ten opzichte van de overeenkomstige toestand zonder aftapping bleek de aanslibbing geen meetbare verandering te hebben ondergaan. De stroomen waren natuurlijk wel, zij het ook in geringe mate, gewijzigd.
Op grond hiervan kon verder met constante waterniveaux worden gewerkt.
13. STROOMMETINGEN.
Bij de stroommetingen, die een algemeen inzicht in de verschijnselen moesten geven en een verklaring voor de met de slibmetingen verkregen resultaten moesten leveren, kon geen gebruik worden gemaakt van z.g. molentjes. Zelfs de kleinste soort van deze instrumenten heeft nog
te groote afmetingen om in een model van zoo kleine schaal te kunnen worden gebruikt.
Ook· een buis van Pi tot werd niet toegepast, omdat hiermede geen kleine snelheden kunnen worden gemeten. Bovendien zijn beide instru-menten weinig geschikt om stroomrichtingen te bepalen.
Snelheden in het inwendige van de watermassa werden gemeten met een slinger-stroommeter naar Jacobsen; de oppervlaktesnelheden met drijvertjes, waarvoor bijna uitsluitend papiersnippers zijn gebruikt.
Toen het bleek; dat over het algemeen weinig verschil bestond tusschen stroomen in de diepere lagen en aan het oppervlak, zijn verder alleen deze laatste waargeriomen.
Daarbij is gebruik gemaakt van de fotografische methode. Een foto-grafietoestel wordt met horizontaal matglas opgesteld boven het watervlak, waarop de papiersnippers drijven. De sluiter wordt dan eenige malen achtereen geopend en gesloten, telkens met even lange, nauwkeurig be-kende tusschenpoozen. Er ontstaat dan .een onderbroken tijdopname van een deel van het model, waarop de papiersnippers stippellijnen vormen. Door deze stippellijnen uit te. meten kin, met behulp van de bekende · van de foto en de belichtingstijden, van de oppervlaktestroom de richting en snelheid op een groot aantal punten worden gevonden.
Toen deze opnamen gemaakt werden, was de methode nog niet zoo ver ontwikkeld als thans het geval is. Verscheidene foto's zijn daardoor niet fraai uitgevallen; het is echter steeds mogelijk geweest de benoodigde gegevens te verkrijgen.
De figuren 10, 11 en andere zijn op deze wijze verkregen.
14. DE KEUZE VAN HET SLIBMATERIAAL.
Zooals reeds is opgemerkt, bestaat de neerslag in de Koningin Wilhel-minahaven voornamelijk uit slib en fijn zand. Slib slaat niet gemakkelijk neer, maar is het eenmaal tot rust gekomen, dan zal het door de dicht aaneen gesloten ligging · der deeltjes en de gladheid van de oppervlakte niet weer vlug in beweging komen. Bij de keus van het slibmateriaal moest daarmede rekening worden gehouden.
Ook moest de bewegelijkheid vergroot worden, daar de snelheden in het model kleiner zijn dan in werkelijkheid en het bezinken bij die kleinere snelheden op overeenkomstige wijze moet plaats vinden.
Een eisch van praktische aard is, dat het. slib in groote hoeveelheden eenvoudig te verkrijgen moet zijn. In buitenlandsche laboratoria gebruikt men wel papierpap en ook grof bruin zand vindt veel toepassing. Het
voordeel van deze materialen is, dat ze zeer licht bewegelijk zijn en ook gemakkelijk waar te nemen en te meten. Er zijn echter verschillende na-deelen bij het gebruik van deze stoffen als slibmateriaal.
De bezonken laag ligt niet vast genoeg en gaat gemakkelijk weer in beweging, wat gedurende de proef niet in overeenstemming is met de werkelijkheid en bij het beëindigen daarvan moeilijkheden geeft om het te verzamelen. Daarbij zijn de korrels zoo groot, dat aantasting door de stroom veel eerder optreedt, doordat de bovenste punten tot in het sneller stroomend water reiken. Deze stoffen gedragen zich veel meer als rollend en schuivend bodemmateriaal dan als slib.
Beter is een werkelijk slibachtig materiaal te gebruiken, dat door kleiner soortgelijk gewicht vergelijkbare aanslibbing geeft. Er zijn proeven genomen met drie stoffen, namelijk gemalen zand, gemalen drijfsteen en gemalen IJsselsteen. Het malen geschiedde in een kogelmolen totdat een fijnheid was verkregen, ongeveer overeenkomend met die van Port-landcement. Gemalen zand gaf wel neerslag in de rivier, maar niet in de havens, wat erop wijst, dat de fijnheid niet groot genoeg en het soorte-lijk gewicht niet klein genoeg was. De. beide andere stoffen gaven goede, meetbare resultaten. In de rivier bezinkt alleen het in deze stoffen vermengde zand en andere grovere deelen, terwijl de rest ten deele in de havens be-zinkt en verder met het water blijft circuleeren. Vooral gemalen IJssel-steen verraadt zijn aanwezigheid, zelfs in geringe hoeveelheden, door de gele kleur. Ook de fabricatie van dit poeder verloopt vlugger en eenvou-diger dan van de beide andere stoffen.
Daarom werd gemalen IJsselsteen als slibmateriaal gekozen. Reeds bij de eerste proefnemingen bleek de deugdelijkheid van deze stof. Op de plaatsen, waar kleine snelheden optraden in de rivier en in in de havens werd een, soms dunne, vaste laag poeder neergeslagen, welke laag later niet zoo gemakkelijk weer in beweging kwam. Ook bleef de kleur van het circuleerende water maandenlang geel, wat wijst op een voldoende fijnheid en beweeglijkheid van het slib.
1 5. METING VAN DE SLIBHOEVEELHEDEN.
De vraag is nu, hoe de aanslibbing moet worden gemeten.
De hoeveelheid slib, die in een haven neerslaat bij een bepaalde stroo-ming, hangt af van de concentratie van het slib en van de tijdsduur van de strooming.
Het is onmogelijk, om met behulp van deze grootheden uit de in het
model gemeten hoeveelheid slib quantitatieve conclusies te trekken voor de werkelijkheid.
De concentratie is in werkelijkheid zeer wisselend en niet nauwkeurig bekend, terwijl er geen middel zou zijn om de fouten te elimineeren, die ontstaan door het onvolkomen weergeven van het slib. Verder is het onmogelijk gedurende een zekere tijd een bepaalde slibconcentratie te handhaven. Van een directe vergelijking van hoeveelheden slib voor model dn werkelijkheid is daarom afgezien.
Om de aanslibbing te beoordeelen, is de volgende weg ingeslagen. Bij een bepaalde toestand van de havenmond worden, na eenige uren slibhoudend water te hebben laten stroomen, q,e hoeveelheden slib in \ de havenmond en in die van een vergelijkingsvl~lcje, waarvoor de mond
van de Vulcaanhaven werd gekozen, bijeen gezameld en gemeten. Wordt deze proef herhaald voor een andere vorm van dehavenmond, dan worden weer de slibhoeveelheden in de mond en op het vergelijkingsvlak ge-meten. Is de verhouding nu een andere, dan kan dat worden veroorzaakt door het veranderen van de havenmond of door toevallige omstandigheden.
Om te kunnen beoordeelen in hoeverre dit laatste het geval is, moet elke proef eenige malen worden herhaald.
Telkens zullen dan eenigszins andere verhoudingen worden gevonden en daardoor wordt het mogelijk de middelbare fout in die verhoudingen, dus de mate van nauwkeurigheid daarvan, te bepalen. Verandert, na het wijzigen van de te onderzoeken havenmond, de verhouding van de daarin verzamelde hoeveelheid slib tot die op het contr6levlak meer, dan op grond van de bekende nauwkeurigheid in de verhouding aan toevallige omstandigheden kan worden toegeschreven, dan is het zeker, dat de verandering invloed heeft gehad.
Het voordeel van de methode is, dat noch de tijdsduur der proeven, noch de slibconcentratie, althans binnen zekere grenzen, invloed uit-oefent op de verhouding.
Alleen is het noodzakelijk, dat het vergelijkingsvlak onveranderd wordt gelaten, en zoover van de te veranderen havenmond verwijderd ligt, dat de veranderingen aan die mond geen invloed doen gelden in het gebied van het vergelijkingsvlak.
In de mond van de Koningin Wilhelminahaven werd een meetvlak afgeteekend, dat de geheele oppervlakte besloeg van het gedeelte van de mond, dat aan de westzijde door de leidam werd begrensd. Op dit gedeelte heeft de meeste aanslibbing plaats; met de neerzetting van slib meer naar binnen werd alleen rekening gehouden, wanneer daar bijzondere aanleiding voor bestond.
De grenzen van het controlevak werden aangegeven in de Vulcaan-haven. Ook hier werd de geheele havenmond ingenomen.
De duur van een proef werd gesteld op ongeveer 5 uur, ten einde in de havens een voldoende hoeveelheid slib te krijgen. Deze tijdsduur komt overeen met 186 uur, dus ruim een week, in de werkelijkheid. De slibconcentratie werd vele malen zoo groot gekozen als in werkelijk-heid, ook al om de aanslibbing te versterken en daardoor de meetnauw-keurigheid grooter en het resultaat waarschijnlijker te maken.
De proeven zijn alle drie maal en soms meermalen herhaald om even-tueele afwijkingen te kunnen beoordeelen. Bijna altijd was dit ruim vol-doende om een betrouwbaar gemiddelde te verkrijgen.
Na afloop van de proef wordt het water zeer langzaam uit het model verwijderd, zoo langzaam, dat de neergezette slibvelden niet door het wegstroomende water worden beschadigd. Het slib moet dan eenige tijd drogen, totdat het in dik-strooperige toestand komt. In die toestand kan het met een strook gummi, een soort ruitenwisscher, worden bijeen gestreken en verzameld in reageerbuisjes.
Het getal, dat een maat voor de aanslibbing geeft, is het aantal centi-meters lengte, met slib gevulde reageerbuis (L). Nauwkeuriger zou het zijn het verzamelde slib te drogen en daarna het gewicht van het gedroogde slib (G) te bepalen; dit werd echter niet gedaan, omdat het bleek, dat de verhouding L :G practisch constant is, zoodat L een betrouwbare maat is voor de slibhoeveelheid. Dit wordt veroorzaakt, doordat de waarnemer steeds het slib in dezelfde consistentie brengt voor het verzamelen, dat anders moeilijkheden geeft.
De maat L is na elke proef bepaald voor het op het meetvlak in de Koningin Wilhelminahaven verzamelde slib (W) en voor het slib, afkomstig van het controlevlak in de Vulcaanhaven (V). De verhouding t:p
=
W: V geeft dan de gezochte relatieve aanslibbing; deze verhouding moet bij opeenvolgende proeven met dezelfde toestand ongeveer gelijk blijven.Het streven moet dus zijn door verbouwing van de havenmond t:p
zoo klein mogelijk te maken.
16. DE AANSLIBBING IN DE BESTAANDE TOESTAND.
De eerste slibwaarnemingen hadden plaats bij de bestaande toestand in ebstroom. De proef werd vier maal gedaan, waarbij de slibhoeveelheid sterk werd gevarieerd, zooals blijkt uit de volgende getallen.
Proef W.
v.
<p, l 24,5 16,9 1,45 2 15 ,7 8,7 1,80 3 19,8 12,4 1,60 4 66 54 1,22 Gemiddeld 1 -1-
1,52De verhouding <p loopt vrij sterk uiteen;, de middelbare fout in het eindresultaat kan worden gesteld op 0,08. Deze en de volgende metingen zijn voorgesteld in het diagram op blz.
iV
Bij de proeven in Karlsruhe was in het niet-samengetrokken model met sterk overdreven stroomsnelheid voor <p gevonden de waarde 1,40.
Het neergezette materiaal werd daarbij in beide havens op grootere opper-vlakken verzameld, welke omstandigheid ook een, zij het waarschijnlijk kleine, oorzaak, voor verschil kan zijn.
Bij al deze verschillen tusschen de metingen te Karlsruhe en te Delft en bij de zoo juist genoemde middelbare fout in de uitkomst, is de over-eenstemming bevredigend.
Hoe de overeenstemming met de werkelijkheid is, kan niet worden uitgemaakt. Wel is bekend, dat de aanslibbing in de Koningin Wilhelmina-haven veel sterker is, dan in de VulcaanWilhelmina-haven, maar het is niet mogelijk een splitsing te maken tusschen de neerzettingen bij vloedstroom en bij ebstroom.
Wel komt het goed uit, dat op de plaats, waar de verondieping het sterkst is, vlak bij de leidam op ongeveer een derde van zijn lengte van de kop af gerekend, ook in het model de dikste sliblaag wordt aangetroffen. Het stroombeeld doet zien, dat een sterke neer in de havenmond aanwezig is. Waarschijnlijk is het feit, dat de oostelijke en westelijke hoek van de havenmond beide in de normaallijn liggen, bevorderlijk voor het ontstaan van deze neer. De hoofdstroom strijkt over de volle breedte van de mond langs de zich daarin bevindende watermassa: de lengte van aan-drijving is dus groot.
Misschien speelt ook de trechtervorm van de havenmond een rol, in verscheidene gevallen is opgemerkt, dat deze vorm sterke neeren tengevolge heeft.
Figuur 10 is een onderbroken tijdopname van de neer. De papier-snippers in het midden hebben zich niet veel verplaatst, de groote snel-heden komen vooral langs de leidam voor.
De groote sterkte van de neer, grooter dan die in de Vulcaanhaven, geeft de verklaring van het feit, dat de aanslibbing in de Koningin Wilhel-minahaven zooveel grooter is, niettegenstaande de haven op een voor ebstroom minstens even gunstige plaats aan de rivierkromming ligt als ' de Vulcaanhaven.
De neer is niet alleen sterk, maar ook onstabiel. Bij de kop van de leidam trekt telkens een hoeveelheid water naar binnen. De snelheid van dit water neemt daarbij snel af van die in de rivier tot ongeveer een derde daarvan, waardoor het grovere materiaal kort na het binnenkomen neerslaat in het zoo juist genoemde gebied van sterke verondieping.
Bij zijn verdere weg door de haven verliest het water nog meer aan snelheid, wat gèpaard gaat met afzetting van het fijnere slib, dat dus over de geheele oppervlakte verspreid komt te liggen.
Op de foto is het binnenkomen van twee papiersnippers te volgen: gedurende de belichting is ook het terugslingeren voorgekomen, waarbij minstens één papiertje uit de haven in de rivier is geraakt. De banen van de in- en uittrekkende papiersnippers snijden elkander even links van het midden van de mond.
Verbetering bij ebstroom moet worden gezocht in verzwakken van
de neer. ·
De slibmeting bij vloed is ook vier maal uitgevoerd met de volgende resultaten. 1 Proef 1 W.
v.
rp. l 24,0 12,4 1,93 2 32,8 21,8 1,5 2 3 32,0 19,3 1,66 4 24,6 14,7 1,70 Gemiddeld 1 - - 1,70Voor de middelbare fout in het gemiddelde kan wederom 0,08
worden aangehouden.
rp is bij vloed dus nog iets grooter dan bij eb, wat bij de in paragraaf 10 vermelde ongunstige ligging voor vloedstroom was te verwachten.
De proeven te Karlsruhe hebben bij vloedstroom zeer uiteenloopende waarden voor cp gegeven. Bij de grootste overdrijving van de stroom-snelheid was daar de toestand in de Koningin Wilhelminahaven gunstiger dan in de V ulcaanhàven, dus cp kleiner dan één.
Bij de kleinste stroomsnelheid, die nog een weinig grooter is dan die, welke met de werkelijkheid overeenkomt, werd een veel sterkere aan-slibbing gevonden, namelijk cp
=
1,65, wat slechts weinig kleiner is, dan de te Delft gemeten verhouding çn binnen de grenzen van de nauwkeurig-heid daarvan ligt.Hieruit blijkt, dat het willekeurig opvoeren van de snelheden in het model ernstige storingen kan veroorzaken.
Ook bij vloedstroom is de sliblaag het dikst aan de kanten van de havenmond, vooral bij de leidam. Dit wordt verklaard door het feit, dat het water over de kruin van die dam stroomt. Het is dan juist het drie-hoekige terrein ten westen daarvan gepasseerd, dat ondiep is en waarvan de bodem met slib is bedekt. Vooral wanneer er wat golfslag is, wordt dit slib opgewoeld; het met flinke snelheid over de dam komende water bevat dan veel slib, dat in de haven, waar de snelheid plotseling zeer veel kleiner wordt, grootendeels bezinkt.
Deze omstandigheid zal maken, dat de aanslibbing in het model iets te klein zal zijn, daar het opwervelen van het slib op het driehoekige terrein hier niet plaats vindt. Wel zou het mogelijk zijn in het model golven te maken, maar er bestaat geen enkele waarborg, dat dan een met
de werkelijkheid overeenstemmende toestand zou ontstaan.
Hoeveel de in het model gemeten verhouding cp door deze omstandig-heid moet worden verhoogd, valt niet te zeggen. Wellicht moet cp, inplaats van 1,70 op 1,80 of 2,00 worden gesteld.
Hoe dit ook zij, de overeenstemming met de werkelijkheid geeft wel reden tot ontevredenheid. De aanslibbing van de mond van de Koningin Wilhelminahaven moet bijna twee maal zoo sterk zijn als die in de Vulcaan-haven (bij eb cp
=
1,52, bij vloed grooter dan 1, 70), wat waarschijnlijk wel ongeveer het geval zal zijn.De stroommetingen geven het sterke overstroomen van de leidam aan. Het binnenkomende water treft de neer onder een scherpe hoek, waardoor het regelmatig rondstroomen, tenminste in de bovenste lagen, wordt . belemmerd.
Bij een controlemeting in de havenmond bleek ook daar de neer gedurende de tijd, dat het water over de leidam stroomt, uiterst zwak te zijn.
r·
1'
' { j
,/