Verslag van een beknopt literatuuronderzoek betreffende uitwisselingsprocessen tussen rivier en haven

(1)

I

r

Technische Universiteit Delft

•

Verslag van een beknopt

literatuuronderzoek betreffende uitwisselingsprocessen

tussen rivier en haven

R. Booij

Rapport no. 3 - 87

Faculteit der Civiele Techniek Vakgroep Waterbouwkunde Sectie Vloeistofmechanica

(2)

I

1

Verslag van een beknopt literatuuronderzoek betreffende

uitwisselingsprocessen tussen rivier en haven

R. Booij

Rapport no. 3 - 87

Vakgroep Waterbouwkunde Faculteit der Civiele Techniek Technische Universiteit Delft

(3)

I

inhoud

I

Inhoud 2 1 :nleiding 3 .l. • 2. Uitwisselingsmechanismen .; 3. Neervorming 7 4. Menglaag 9 5. Neersnelheid 12 6. U Hw isseling 14 7. Mathematische modellering 16 8. Referenties 19

I

(4)

I

3 1. Inleiding

Dit rapport is een verslag van een literatuuronderzoek betreffende de waterbeweging in havens aan een rivier. Het literatuuronderzoek heeft

plaatsgehad in februari 1986 en was bedoeld als een onderdeel van een kort vooronderzoek voor een uitgebreid experimenteel onderzoek in het

Laboratorium voor vloeistofmechanica van de Faculteit der Civiele

Techniek van de Technische Universiteit Delft. Het onde~zoek is verricht in het kader van de M.K.O. (Minimalisering Kosten Onderhoudsbaggerwerk) -werkgroep Sedimentatiepatroon, met financiële steun van Gemeentewerken

Rotterdam. Over het experimentele onderzoek is gerapporteerd in

Booij (1), Booij (3) en Booij-Yu.

I

Wegens de korte tijd die beschikbaar was voor het literatuuronder-zoek (~ 2 weken), kan dit literatuuronderzoek zeker geen aanspraak maken op volledigheid. Enige aspecten van de waterbeweging in havens zijn goeddeels buiten beschouwing gebleven.

I

Dit verslag is in hoofdzaak beperkt gebleven tot het literatuu r-onderzoek zoals verricht in februari 1986. Slechts in een enkel geval wordt verwezen naar later geraadpleegde literatuur. Zonodig wordt een vergelijking gemaakt tussen de gegevens uit de beschouwde literatuur en de bij het experimenteel gedeelte van het onderzoek verkregen

resultaten. O.a. op grond van deze vergelijking worden enige gebieden genoemd waarop een uitbreiding van het literatuuronderzoek geboden

(5)

I

₄

I

2. Uitwisselingsmechanismen

In de literatuur worden drie hoofdtypen van uitwisselingsdebieten onderscheiden (Dollee-de Reus, Vollmers (2), Dursthoff, Koster-Reinalda, Roelfzema-v. Os, Eysink-Vermaas, WL (2)), n.l.

1) uitwisselingsdebieten samenhangend met een netto debiet door de haveningang.

2) uitwisselingsdebieten samenhangend met dichtheidsverschillen van het water.

3) uitwisselingsdebieten tussen het langsstromende rivierwater en het havenwater door aangroeiing van het overgangsgebied tussen de twee, de menglaag.

Een onderlingc bcïnvloeding van de mechanismen die aan deze drie ty~en uitwisselingsdebieten ten grondslag liggen wordt gesignaleerd (Roelfzema-v. Os, Eysink-Vermaas~ WL (2)). Voor de eenvoud wordt echter veelal toch het totaal uitwisselingsdebiet beschouwd een som te zijn van de uitwisselingsdebieten van de drie bovengenoemde mechanismen

(Roelfzema-v. Os, ~L (2)). Dit blijkt echter een te eenvoudige

voorstelling van zaken, zoals te zien is aan de resultaten van metingen bij lozing van water op en onttrekking van water aan de haven (Booij

(3)), waar het superpositiebeginsel voor de uitwisselingen (Dollee-de Reus) niet blijkt op te gaan.

,

Bovenstaande onderverdeling in 3 hoofdtypen van uitwissclings-debieten kan iets verfijnd worden (Booij (1)).

Het nettodebiet kan samenhangen met

la) komberging van de haven bij seiches in het systeem haven-rivier

lb) komberging van de haven bij variatie van het waterniveau op de rivier, in het bijzonder bij getijvariatie

Ic) lozing van water op of onttrekking van water aan de haven. Jichtheidsverschillen kunnen twee typen uitwisselingsdebieten m ee-brengen

2a) uitwisselingsdebieten samenhangend met dichtheidsstromingen door de haveningang

2b) uitwisselingsdcbieten samenhangend met interne seiches in het systeem haven-rivier

(6)

I

5

I

Veel van deze vormen van uitwisseling treden in het bijzonder op in

havens aan de benedenloop van rivieren (lb, Za, ?~).Hl.:tgrote be:ang

van dergelijke ~avens en Je sterke sedimentatie bij deze havens heeft

voora: in Xeder!and vee: onderzoek naar de uitwisseling door getij en

dichtheidsgelaagdheid meegebracht (Allen, Dollee-de Reus, ~ysink

-Vermaas, Koster-Reinalda, Roelfzema-v. Os, TOW-WL, Vollmers (2),

~es:rich, W~ (2), W~ (4)). Schattingen van de verschillende uitwiss

e-!ingsdebieten zijn te vinden in (Dol:ee-de Reus, WL (2)). De aanmerk

e-lijke invloed die interne seiches kunnen hebben op het uitwisselings

-debiet is gesignale~rd in ~~ (~). Ook veel ond~rzoek betreffende de

mathematische modellering is gericht op de niet stationaire uitstroming samenhangend met i.h.b. de getijvariatie (Xc Guirk-Rodi, TO~-WL).

I

mechöDitnismoe,nderuitzoewk isisselinin hoofg via dedzaakmengbeplaerkt tag tussenot het derde urivier en havitwisseen.linVrgs-ij

I

diepgaande beschrijvingen van het stromingsmechanisme zijn gegeven door

) Durstaof f en in het afstudeerverslag van v. Keulen. DursthoEf is hierbij ook een rijke bron van ouder modelonderzoek. Hij bespreekt resultaten van een aantal experimenten waarvan oorspronkelijke verslagen niet of

moeilijk te achterhalen zijn. Bij de beschrijving van het strcmi

ngs-mechanisme in en om de haven gaat Dursthoff uit van een menglaag tussen rivier en haven in de monding, die gedeeltelijk de haven in spoelt door de stuwpuntsdruk in het stuwpunt aan de benedenstroomse zijde van de

haveningang en daarmee de neers~roming in de haven aandrijft. v. Keulen breidt de beschrijving uit me~ een beschouwing over de verdringing van

de ~ivierstroming door de neerstroming bij het bovenstroomse los:aatpunt

van de rivierstroming in de haveningang. Deze verdringiny wordt ei

gen-lijk niet gevonden.

I

~atuurmetingen aan de wilterbewegingin havens aan rivieren zijn niet

eenvoudig. Slechts weinig bruikbare literatuur hierover is bekend (MKO,

RWS). Je metinqen die i.h.a. met drijvers worden uitgevoerd zijn erg

gevoelig voor aanwezigheid van wind (RWS). De metingen uitgevoerd in het kader van MKO zijn uitgevoerd in e~l,~itaa~ic met een vrij sterke

getijcomponent. Xetingen in ~çhaalmodellen blijken in het algemeen vrij

beperkt te zijn in omvang, be~chouwde geometrieen en gemeten

grootheden. Vrij uitgebreide ruetingenen proeven zijn slechts gevonden

bij Dursthoff en in veel mindere mate in ~L (1). Bij d~ze metingen b:e~!

(7)

I

₆

I

de neerstroming door de gekozen havengeometrie echter in hoofdzaak beperkt tot één enkele neer.

I

Een verwant probleem waarbij een neer aangedreven wordt door een langsscherende buitenstroming betreft èe stroming achter een verwijding. (v. Kleef, Ethridge-Kemp). Een goede numerieke simulering van deze

stroming blijkt hoge eisen te stellen aan het mathematisch model (Stelling-Wang).

I

(8)

I

7

I

3. Neervorming

De verdeling van een haven in verschillende neren en eventuele doodwatergebieden is sterk afhankelijk van de geometrie van de haven.

Reeds in 1933 toonde Rohr (zie Dursthoff) op grond van modelonderzoek

aan dat in havens met een grote lengte-breedte verhouding verschillende tegen elkaar in draaiende neren achter elkaar ontstaan. Dergelijke

verdelingen in primaire, secundaire, enz. neren zijn ook gevonden door o.a. Vollmers (I, 2) en in het exper'imenteel gedeelte van dit onderzoek

(300i5 (3». Analoge neerverdelingen worden gevonden in diepe sleuven in

een wand die dwars worden aangestroomd (Higdon), ook bij laminaire stroming.

Door middel van het aanb~engen van obstakels langs de wand of van zijhavens (Vollmers (1), WL (1), Dursthoff) is het soms mogelijk de neervorming sterk te beïnvloeden, wat een grote invloed kan hebben op de sedimentbelasting van de haven.

fig. 1. 3e!nvlceding van de neervorming (Vollmers (1».

I

3ij veel modelonderzoeken wijken de lengtemaat L en de breedtemaat B

van de haven relatief weinig van elkaar af: 1/2 < L/B ( 2. In dat geval blijkt slechts ~~n neer te ontstaan die de gehele haven vult (DursthofE, Booij (3». Bij een sterk afgeronde haven blijkt midden in deze neer een vrijwel niet meedraaiend doodwatergebied te ontstaan ~v. Krosigk. 300ij

(3), WL (1».

De indringdiepte van de primaire neer in de haven hangt sterk af van de ligging van de haven t.o.V. de stroomrichting van de rivier. Bij een haven die in stroomafwaartse richting ligt zal de primaire neer veel verder doordringen dan bij een haven in stroomopwaartse richting

(9)

I

-

I

(300ij (3), W:" (1».

-

-_-

-8

fig. 2 Invloed van de hdve~ligging (~L (1».

I

De stroming in de ~eer is gekromd :odat een secundaire strominy opt~eedt. Aan het wateroppervlak is de stroming iets naar buiten gericht en bij de bodem naar binnen (Bödewadt (zie Dursthoff), de Vriend, So oij-Kalkwijk). ~eze secundaire stroming in de neer ~an aanzienlijk zijn, in het bijzonder gelet op de gevolgen voor de sedimentbeweging. (Dursthoff, Booij (3». In hoeverre deze secundaire stroming in de neer ook in de menglaag doordringt is niet bekend, Dursthoff verwacht daar echter weinig invloed. De verhouding tussen'de kromt.estralen van de

stroomlijnen van de neerstroming en de maten van de havenbekkens is te gfOOt om de !:Jerekeningsmelhuuf'!van.de Vriend te mogen gebruiken. De secundaire waterbeweging onder deryelijke ollistandighedenvereist nU3 nader (literatuur)onderzoek.

I

'

I

(10)

I

3 4. Menglaag

Het overgangsgebied in de haven~ngang tussen rivierstroming en havenstroming heeft het karakter van een menglaag die aangroeit vanaf

het JoslatInçspuut aan de bovenstrccmse ziIde van de have ninqanq, Voor een zuiver twee-dimensionale situatie, de vlakke menglaag, wordt

theoretisch een lineaire ontwikkeling van de menglaag afgeleid

b - A Je ( 1)

waarbij b de breedte van de menglaag is en x de afstand tot het 1

05-latingspunt. A is een constante die afhangt van de mate van verbreding van de menglaag en van de d~~initie van b. ~et!ngen in windtunnelE bevestigden dit lineaire verband. De gevonden ~nelheidsproflelen laten zich goed benaderen met een :outenintegraal (Lie~mann-Laufer, Görtler, 7011mien, Rotta, Townsend).

Bij model proeven waarbij de haven en de rivier loodrechte wanden hebben en waarbij de diepte groot genoeg ~s om een directe bodeminv:o~d te kunnen verwaarlo~en (Lean-Weare) lijkt deze tw~e-dimensionale

situatie benaderd te worden. Zowel bij de mcèelproeven von Durst~o!f als bij het onderhavige onderzoek wordt deze situatie gerealiseerd.

Jursthoff vindt up grond van foto's van wolken opgelost stof in de mengladg een uitbreiding die evenredig is met de wortel van de afstand tot het loslatingspunt

(2)

Jit resultaat lijkt weinig betrouwbaar. ~oor de sterke fluctuaties zijn foto's van een menglaag lastig te interpreteren. Daarbij is, door de niet lineaire zwarting van een fotografisch materiaal en door de afname van de concentratie aan opgeloste stof bij verbreding van de menglaag, kwantitatieve informatie moeilijk te verkrijgen. De lineaire

ontwikkeling van de bre~dte van de menglaag zoals gemeten d.m.v. micro-molens in het experimentele deel van dit onderzoek (Sooij (3)) komen beter overeen met de theoretisc~e verwachting.

(11)

I

10

De mate van verbreding van de menglaag, gegeven door de constante A

in verg. (1), is echter niet volledig in overeenstemming met de in de windtunnels gevonden waarde (Booij (3». In het algemeen wordt een wat

sterkere verbreding gevonden. Een invloed van de turbulentie buiten de

ffienglaagkan voor deze extra verbreding aansprakelijk zijn. De stroming in de rivier en de haven is sterk turbulent èoor de aanwezigheid van de bodem. Bij windtunnelexperimenten zal de toestand van de buitenstroming

kunnen afwijken. Bij een ontwikkelde wandgrenslaag blijkt de verbreding 3terk afhankelijk van de turbulentiegraad buiten de grenslaag. Een

hogere turbulentiegraad brengt een sterkere groei mee (Fernho:z). Dit treedt waarschijnlijk ook op bij een menglaag. Ook zou de extra

verbreding kunnen samenhangen met een drie-dimensionaal zijn van de stroming bij de menglaag.

De mate van verbreding hangt ook af van de yeometrie van de

haveningang, b.V. van de ligging van de haven t.O.V. de rivier (Booij

(3), Obrazovskij (zie Dursthof~). Verder (literatuur)onderzoek naar de

invloed van verschillende groo~heden op de menglaagverbreding lijkt gewenst. Hierbij kan gedacht worden aan het drie-dimensionaal zijn van de stroming, de turbulente omgeving van de stroming en drukverloop vooral in de lengterichting van de menglaag.

I

~ -e normaollijn 25m r'vÏLr

(12)

I

11

I

Zowel de metingen in dit onderzoek d.m.v. micromolens als metingen ~

van Dursthoff met een hete film snelheidsmeter leveren anelhel

d~-profielen die goed overeen~omen met die in een twee-dimens~0~~le

menglaag.

I

Bij niet :oodrechte wanden moet vooral dicht bij het loslatingspunt

een drie-dimensionale stroming verwacht worden. Impulsuitwisseling over

de vertikaal zal dan een wat bredere menglaag meebrengen. Daar dit een

grotere uitwisseling tussen rivier en haven veroorzaakt. wordt soms een

scherm over het talud aangebracht vanaf het loslaatpunt om de stromi~9

meer twee-dimensionaal te maken. Xode:~roeven bevestigen de

effecti-viteit van zo een scherm (WL (1)) (zie fig. 3).

I

(13)

I

_,

_')

..."

I

5. Neersnelheid

I

De menglaag ~ordt gedeeltelijk door de stuwpuntsdruk de neer in

k

gedreven (Dursthof~). Aan de instroom:ijde van de neer worden de hoog3te, snelheden gevonden. Stroom~fwaa~ts !~de neer verbreedt de ~troming

:ich. Voor de maximale neersnelheid, gemiddeld over de neeromtrek wordt door Dursthoff bij een vierkante haven 1/4 a 1/3 van de riviersnelheid gevonden. Bij een cirkelvormige haven vindt v. Krosigk een iets grotere waarde (35\a ~O\ van de riviersnelheid) ondanks de relatief geringere breedte van de havenmonding.

I

0,;0

r:

/

V

_

_,_...

/

I

0,15 0,10

I

aas

I

° °

I 0,1 O,} al as 06 er es 0,9 1,0 I"".,.,....,J. re.L:...t~c. "",çna-c.t tc.I:~·~tt' ...

I

_fig_. _~ _{Snelheidsverdeli~g} _{in een ronde have}_{n (}_{v. KrosigkJ.}

I

Beide waarden liggen iets hoger dan de waarden gevonden bij het experimenteel deel van dit onderzoek. Dit kan liggen aan de breedte-diepte verhoudingen van de haven of aan verschillen in de ruwheid van de wand. De vorm van de snelheid~verde:ing stemt ~el volledig overeen. In de vierkante haven wordt een ~uelheidspro~iel gevonden Jat vrijwel

lineair verloopt met de afsL<.1:ltdot het centr-.lmVdn de neer. !n de ronde haven treedt een vrijwel 3tilliggende kern in de neer op.

I

(14)

I

13

:n de geraadpleegde literatuur is tot nu toe nog geen methode gevonden om de neersnelheid te kunnen bepalen op grond van meer

(15)

I

₁₄

I

6. Uitwisseling

I

Op theoretische gronden kan ~e wateruitwisseling tussen rivier en

haven door de menglaag berekend worden. De uitwisseling hangt nog af van de mate van uitbreding van de grenslaag. Gevonden wordt

I

Q

=

c U B h uitw r m (3)

,,,-I

'

I

waarin Q het uitwisselingsdebiet is, U de riviersnelheid, B de

ui tw r m

breedte van de havenmonding, h de diepte van de havenmonuing, en c een nader te bepalen constante.

I

:

Op theoretische gronden vindt Tollmien c ~ .03, Gortier c ~ .045. Bij beide is hierin de verbreding van de menglaag in een windtunnel verwerkt. In het experimentele deel van dit onderzoek wordt voor havens die loodrecht op de rivier liggen uit de menglaagverbreding afgeleid c ~ .032 (Booij (3)). Dursttof: vindt c ~ .06. Hierbij rekent hij de

menglaagverbreding uit door het in de haven stromende menglaagdebiet te meten. Dit is echter een verraderlijke methode daar in dit debiet ook

I

een rondgaand neerdebiet verscholen zit (Booij (3)). Obr azovskLj (zie Dursthoff) vindt uit uitwisselingsmetingen in een hydraulisch model voor

havens loodrecht op een rivier c ~ .03. Bovenstaande resultaten komen vrij goed overeen. Een waarde van c tussen .03 en .035 lijkt bruikbaar

te zijn.

I

De wateruitwisseling door de havenmonding blijkt nog wel afhankelijk van de ligging van haven t.O.V. de rivier (Spátaru-M~rculescu, zie

Jursthoff en ObrazovskLi, zie Dursthoff). Voor havens die een hcek ex var.

~5° t.O.V. de rivier maken (zie fig. 5) vindt Obrazovskij (zie

Jursthoff) uit metingen van de wateruitwisseling voor c een waarde van

ongeveer .03, bij een hoek ~ van 1350 echter .015

à

.02. In het

ex~erimenteel gedeel van dit onderzoek wordt uit de verbreding van de menglaag afgeleid c ~ .05 in het geval van 0<= 450 en c ~ .02 voor

~ = 1350 • Bij de haven bij ~= 45° wordt de menglaag echter in ernstige

mate verbreed door optredende seiches (zie Booij (3)).

Spataru-Marculescu (zie Dursthoff) vinden een geringere invloed van de ligging van de haven: c", .035 bij 0(= 450 en c ~ .025 bij 0<= 1350• Bij

model-proeven t.b.V. het stuurcomplex Driel bleken wateruitwisselingen van

I

(16)

I

~

~ 5

l

:

I

]

I

15 Ll_

I

90°

o+---~---~---~---~

I

fig. 5 Invloed van de havenligging (Obrazovskij)

1-3% van het rivierdebiet bij ~e~ benedenstroomse bekken en van 3-5% bij het bovenstroomse bekken. Wegens de verhouding van de breedten van de

rivier ~n van de haven (1 : 2) komt dit neer op c ~ 0.01 en c ~ 0.02

(W: (i), de Vries). Dit komt goed overeen met de bovengevonden

resultaten wat betreft de afhan~elijkheid van~. De waarden daarentegen

zijn ongeveer de helft van bovengevonàen waarden. De

uitwisselingsmetingen zijn echter uitgevoerd met drijvers. De

uitwisseling van drijvers door een menglaag is veel geringer dan de

wateruitwisseling, daar drijvers slechts de grootschalige waterbeweglng

kunnen volgen. Eysink-Vermaas beschouwen c als een van de geometrie

afhankelijke constante die steeds empirisch bepaald moet worden.

:n

WL (4) wordt het uitwisselingsdebiet gelijkgesteld aan het debiet

in het deel van de menglaa<3 dijt de have n ins trcomt . Dit is minder juis ;.

Uitwisselingsmetingen van Nestmann lijken te wijzen op een uitwi

sse-lingsdebiet dat evenredig is .net het kvadr aat van de diepte, in plaats

van met de diepte. Dit zou wijzen op een uitbreiding van de menglaag die

evenredig is met de diepte, wat het gevolg zou %unnen zijn van een

bodembepaalde viscositeit :~cGuirk-Rodi, Nestmann). Dit lijkt echter

onwaarschijnlijk (Lean-Weare).

I

(17)

I

16

I

7. Xathematisc~e ~odellering

I

Aan de mat~ematisc~e model!ering van de waterbeweging in een haven

z:tten enige haken en ogen. Eèn-dimensiouale modellen voldoen slechts

als de waterbeweging een ~~n-dimensi0naal karakter heeft, b.v. door een

relatief groot netto debiet (~L(3». De waterbeweging !u een haven

waarin de neerstroming een belangrijke rel speelt, i~ in grote lijnen

twee-dimensionaal, zodat een twee-dimensionaal model veelal dë voork~~r

I

zal verdienen. De bodeminvloed op de stroming in de haven veroorzaakt

echter een secundaire stroming en dus een drie-dimensionale

waterbeweging (Fa!con, Dursthoff). Voor een nauwkeurige berekening van de waterbeweging is daarom een drie-dimensionaal model, of

:0

elk geval een quasi-driedimensionaal model, waarin de invlo~d van de ~ecunddire

stroming verwerkt is, nodig. Een andere drie-dimensionale be1nvloeding

I

van de stroming is gelegen •..de op kleine schaal veelal dri

e-I

d(:mTOW-WL)ensionale ge, ometrie van de haven, zoali het talud bij de haveningang

I

~iet zonder meer mag verwacht worden dat een twee-dimensionaal of een drie-dimensionaal mathematisch model de stroming goed simuleert. De grote beïnvloeding van de stroming door b.V. een scherm aan de bove

n-I

stroomse zijde van de haveningang (W~ (l) of door een klein uitsteeksel aan de instroomkant van de haven om de primaire neer te verkleinen

(Vollmers (1), W~ (1» wijst op de grote invloed van kleine, moeilijk te

modelleren details van de geometrie.

·

1 I

Het is de vraag of rea:i~~ische circulaties berekend kunnen worden

met een twee-dimensionaal wiskundig model waarin de gebruikte schui

f-spa~ningsverdelingen niet real~stisçh zijn (Abbott et al.J.

:

0

wordt

vee:a: een cons~ante vi~cositelt gebruikt. Een vierkante haven, waarvoor

I

veel berekeningen zijn uitgevoerd, is weliswaar niet zo gevoelig voor

I

b.V. de viscosite:t (2asco), ~aar bij iets gecompliceerder problemen a:~

I

een stapvormige verwijding (Stelling-Wang) blijkt de invloed van de vi~cositeit en ook de invloed van de keuze van de randvoorwaarde aan de wand heel belangrijk te zi~n. :ok bij een gecompliceerder havenvorm

(Kuipers-Vreugdenhi:), zie :ig. 6 en bij een tijdsafhankelijke n eer-stroming blijkt de gekozen waarde van de viscositeit van invloed.

I

(18)

I

₁₇

I

~ __ - __ -=1==--r r===-

=-

;

___________

----==

-- _L__

-\--

~ -. - ----r --. -- -- -- -- -_. .;..__j_ _, _ __.I. __ , ~U/s - '..---~---.,--- ... 1 _________ ---- -_ -;-- ~ -:- ----r --i -- -- -- -- --; _ -- - ---- -- - ~ -r- ---\-- -- -- -- -- --; -- -- - -- -- ----___ , ---..=..=--~- -_

=

~

.

I

-~

"...--=-~~.

.

" - - - , ,I., ."'.. / r ~-:-~-:--:--:-~-:--:-T~=:"';;;;;;=;;;:::;:;:::;;;;::;:;j r/> - - ....'t" .. "" ...' . . . "/ ~

-

\,

-

---.

' Ir ' • ,,...' 'i"" . . , . . . »: . . .t •. / r ' • ( • 'I' " .. \.. /' ).1,' . :I I •• ~

'

I'

'j' . " . / /. 1\ \ ' - , I~' • / .(, • , "/. • , ., __. " ... - - .;"....\.,. ,. , --/.. ..._:..-- •,...-'~' _""::::J '-~

--

-

~\ _/ . _.:.--

--I

I

~r--~----+ .. , ~ I

-- -- -- -- -- -- --

t--

:--.- --

~

-- -- -- -

-

--

.

~

;

-- -- -- -- -- -_

-

--'

~

_-

1

-+-=-~

-

1 -~ --- -- -- ... .---.~~. ____ -- -- -- -- - 1-- --r-- - ----I- -- -- -- -- -- --' --

-- --

-

- -- --

--

\--

-

---\-

-- --

---

-

_

~ __ __ __ __ __ __-_ ...~ ~ ==-:L '...

--=-==-

-

==-:\;=..=- ~ -==----=-=.::..~~ ~ '-

-

~

-.

_" 1"'-"': ;; 'Lo , __ ...-<,"'" ""- ...-/ - - - .._1 ')f_'7===""==---:-::r:=-~-=;;;:::::;;;;;;;;;~

!

-

-l - , \ "\- . . . .; -e-;\. ;/ -', • , ' , . ,...--:-.j'-..,.: \ ... , ,--:--.:)'( ( 1. r{ , •. ~ . '1' ~ •.. \ .

-<: .

.

l ., )....,.~. I 1 1 • ... .\. ~. • ./ '/' • • • /'. ...,._ _ <' . -\' •••• ~.._.. ••• ) \ •• '_;<I>' . <,... , ',I' , ,,..../.. ~../.' . ..-"...~ • --a;;_

-

~--

-'I, .,.<' ..

I

_ __ bó!A"Coke. ....~"'-Cj -- ~i.. ...'J

I

fig. 6 Invloed van de visGo3iteit (Kuipers-Vreugdenhil).

Gebruik van een k-~-mode: (zoa:s door Goussebaille, ~cGuirk-Rodi,

I

:O~-W~)lost we:iswaar het prob:eem Vdn de %euze van de viscosite~t op,

I

de nauwkeurigheid van de o~lcssing hoeft niet beter te zijn. Het is

vooralsnog immers niet duidelijk wat de uitwisselingscoëificiënten van

de impuls in de haven zijn, b.v. of ze door de bodem of door dwars

-gradiënten bepaald worden. Door de vrij ruwe modellering van de

I

viscositeit in ~et k-f-model kan dit probleem niet opgelost zijn. Bij de

meng:aag ligt het probleem iets anders. Daar wordt de viscositeit in

~oofdzaak bepaald door èwar~gradienten (Lean-Weare). De ~oëfficiënt die

in de dan te gebruiken uitdrukking voor de viscositeit zit is echter

niet bekend en blijkbaar afha~~elij~ van de geometrie (Booij (3». :n

elk geval zal in het algemeen in de menglaag een andere viscositeit

gebruikt moeten worden dan in de neer en e19c~:ij~ een viscositeit die

afhankelijk is van de afstand tot het loslatingspunt.

.

,~

I

(19)

I

13

!n de meestal gebruikte rekens~hema's zijn de convectieve termen nodig voor het opwekken van circulatie (Abbott et al., Ponce-Yabusaki,

Kuipers-Vreugdenhill, zie fig. 7. Ook bij volledig ontbreken van convectieve termen treden echter circula~ies op (Higdonl.

I

%.0k-clA..- ';:OI1.Vè ...i:,"",,'e I::.e,.~~.,-...'

.

11/1

I \

\

I1 \

111

J.

11 I

I

"""---\/ ....

----... ... I '" ... ... r I • ~ ... r ' 1 ' • 1 ' • 1 I • \

'

.

\

'

..

~ \

'

..

...

"

\ \ \ \ \

.

\ I I I I I , , , \ I I • I I I • • I I I I ,IIIIJ , ~ I I I J I 1 "

,

'

~ c,eh..;e .:.t.i-J.'./il,. te..-~'L

fig. 7 Invloed van de convectietermen (Kuipers-Vreugdenhil).

In langere havens ontstaan naast de primaire neer ook secundaire

neren. Deze secundaire neren ~aten zich veel moeilijker simuleren met

twee-dimensionale modellen (zie b.v. fig. 6). Gebruik van een free sli~ randvoorwaarde langs de havenwand lijkt behalve bij speciale geometrieën tot een i1fwezigheidvan secundaire neren te leiden. Andere randvoorwaarden lijken tot secundaire neren met echter veel te lage snelheden van de secundaire neer te leiden. Misschien ligt dit aan de daar ter plaatse gebruikte veel te hoge viscositeiten.

I

(20)

I

19 8. Referenties

Abbott, M.B., et al., "Modelling circulations in depth-integrated flows", J. Hydr. Res., Vol 23, 1985, no. 4, pp 309-326.

Allen, F.H., en Price, W.A., "Density currents and siltation in docks and tidal basins", Doek and Harbour Authority, 40, pp 72-76.

Basco, D.R., en Hill, J.R., discussie over Ponce, V.M. en Yabusaki, S.B., "Modelling circulation in depth-averaged flow", J. Hydr. Div., ASCE, HY1, 1983, pp 146-148.

Booij, R., (1), "Notitie betreffende uitwisselingsprocessen, i.h.b. van de impuls, tussen rivier en haven", rapport no. 2-86, Vakgroep Waterbouwkunde, Faculteit der Civiele Techniek, T.U. Delft. Booij, R., (2), "Turbulentie in de waterloopkunde", college-handleiding,

1986, Vakgroep Waterbouwkunde, Faculteit der Civiele Techniek, T.U. Delft.

Booij, R., (3). "Metingen van uitwisselingen tussen rivier en haven". rapport no. 9-86 (3 delen), Vakgroep Waterbouwkunde, Faculteit der Civiele Techniek, T.U. Delft.

Booij, R., en Kalkwijk, J.P.Th., "Secondary flows in estuaries due to the curvature of the main flow and to the rotation of the earth and its development", rapport no. 9-82, Vakgroep

Vloeistofmechanica, Afdeling der Civiele Techniek, T.H. Delft. Booij, R., en Yu X.Q., "Tussentijds verslag betreffende metingen van

uitwisselingen tussen rivier en haven", rapport no. 5-86, Vakgroep Waterbouwkunde, Faculteit der Civiele Techniek, T.U. Delft.

Dollee, A.W., en de Reus, J.H., "Waterbeweging in en bij de havenmond", PT/Civiele Techniek, 3186, pp 42-46.

~

Dursthoff, W., "Uber den quantitativen Wasseraustausch zwischen Fluss und Hafen", Hitteilungen des Franzius-Instituts fUr Grund- und Wasserbau der Technischen Universität Hannover, 1970, heft 34, pp 194-368.

Ethridge, O.W., en Kemp, P.H., "Heasurements of turbulent flow

downstream of a rearward facing step", J. Fluid Hech., 86, 3, 1978, pp 545-566.

Eysink. W.O., en Vermaas, H., "Computational methods to estimate the sedimentation in dredged channels and harbour basins in

(21)

I

20

estuarine environments", 1983, publ. no. 307, Waterloopkundig Laboratorium Delft.

Faleon, H., discussie over Ponce, V.H. en Yabusaki, S.B.• "Modelling circulation in depth-averaged flow", J. Hydr. Div., ASCE, HY1, 1983, PP 150-151.

Fernholz, H.H., "External Flows", in "Turbulence", ed. D. Bradshaw, Topics in Applied Physics, vol 12, 1978, Springer-Verlag, Berlin, pp 45-107.

Gortler, H., "Berechnung von Aufgaben der freien Turbulenz auf Grund eines neuen Niherungsansatzes", Zeitschrift fUr Angewandte Hathematik und Mechanik, 22 Jg., 1942, nr. 5, pp 244-254.

Goussebaille, J., et al., "A finite element algorithm for turbulent flow processing a k-E model", Proc. Int. Symp. on Refined Flow

Modelling and Turbulence Heasurements, Univ. of Iowa, 1985. Iowa City, Iowa, pp F2l,1-11.

Higdon, J.J.L., "Stokes flow in arbitrary two-dimensional domains: shear flow over ridges and cavities", J. Fluid Mech., 159, 1985, PP 195-226.

Jansen, P.Ph., et al., "Principles of River Engineering", Pitman, 1979. London.

v. Keulen, J., "De theorie over het ontstaan en het bewegingsmechanisme

van een neerstroming", afstudeerverslag. T.H. Delft, 1974.

v. Kleef, E.A., "Stationaire neerstroming na een plotselinge zijdelingse verwijding in een kanaal met rechthoekige doorsnede",

afstudeerverslag, T.H. Delft. 1983.

Koster, J. en Reinalda, R., "Design of harbour configurations in view of navigational and hydraulic aspects", 1974, publ. no. 121,

Waterloopkundig Laboratorium Delft.

v. Krosigk, S., "Die Kinematik der Wasserwalzen mit Lotrechter Achse", 1964, heft 153. Arbeit aus dem Theodor-Rehbock Flusslaboratorium der Technischen Universität Karlsruhe.

Kuipers, J., en Vreugdenhil, C.B., "Calculations of two-dimensional horizontal flow", Waterloopkundig Laboratorium Delft, rapport 5163, deel 1, okt. 1973.

Leane, G.H., and Weare, T.J., "Modelling two-dimensional circulating flow", J. Hydr. Div., ASCE, 105, HY1, 1979, pp 17-26.

Liepmann, H.W., en Laufer, J., "Investigations of free turbulent mixing", NACA, Techn. note 1257, 1947.

(22)

I

21

HcGuirk, J., en Rodi, W., "Calculation of unsteady mass exchange between a main stream and a dead water zone", Proc. IAHR Congress on Hydraulic Engineering in Water Resources Development and Hanagement, 1979, Cagliari, B.A.4.

H.K.O., "Neerstroming en slibconcentraties in de Haashaven", Gemeentewerken Rotterdam, 1987.

Nestman, F., "Stromungsmechanische Kriterien zur Klassifizierung und Beurtei1ung der Durchstrëmungsverhältnisse in Wasserbehältern", Vertiefarbeit am Institut für Hydromechanik, Universität

Kar1sruhe, 1977.

Ponce, V.H., en Yabusaki, S.B., "Hodeling circu1ation in depth-averaged flow", J. Hydr. Div., ASCE, vol 107, HY11, 1981, pp 1501-1518. Roelfzema, A., en v. Os, A.G., "Effect of ha~bours on salt intrusion in

estuaries", 1978, publ. no. 204, Waterloopkundig Laboratorium Delft.

Rotta, J.C., "Turbulente StrBmungen", 1972, Teubner, Stuttgart. R.W.S., "Heetverslag. Heting nerenpatroon Ketelhaven". proj. nr.

44.013.02, 1984, Directie Waterhuishouding en Waterbeweging, District Zuidwest.

Stelling, G.S., en Wang, L.X., "Experiments and computations on unsteady separating flow in an expanding flume", rapport no. 2-84, Lab.

voor Vloeistofmech., Afdeling der Civiele Techniek, T.H. Delft.

Tol1mien, W., "Berechnung turbulenter Ausbreitungsvorgänge", Zeitschrift für angewandte Hathematik und Hechanik, 6. Jg. (1926), heft 6, pp 468-478.

T.O.W., en W.L., Rl150, verschillende rapporten.

Townsend, A.A., "The structure of turbulent shear flow", 1976, Cambridge University Press, Cambridge.

Vo11mers, H., (1), "Ergebnisse systematischer Untersuchungen von Hassnamen zur Verringerung der Schwebstoffablagerungen in BinnenhavenmGndungen", 1964, Die Wasserwirtschaft, heft 9, pp 255-260.

Vol1mers, H., (2), "Harbor inlets on tidal estuaries", Proc. on Coasta1 Engineering Congress, 76, Hawaii, Vol II, pp 1854-1867.

de Vriend, H.J., "Steady flow in shallow channe1 bends", thesis, 1981, T.H. Delft.

(23)

I

22

de Vries, H., "Rivierenw, handleiding bij het college f8N, 1985,

Vakgroep Waterbouwkunde, Afdeling der Civiele Techniek, T.H.

Delft.

Westrich, B., "Water exchange in confined basins induced by unsteady

main stream currents"", Proc. IAHR Congress on Hydraulic

Engineering for Improved Water Management, 1977, Basden-Baden,

vol. 2, pp 461-468.

WL (1), H398, verschillende rapporten.

WL (2), "Havenonderzoek: onderzoek naar de invloed van een have~ op de zouttoestand op de rivier en naar de uitwisseling tussen haven en rivier", rapport M896-36, 1977.

WL (3), "Toepasbaarheid eendimensionaal model; een literatuurstudie", rapport M896-41, deel 1, 1982.