Duwvaartsluizen in de Philipsdam: Prognose voor zoutbezwaar en zoetwaterverlies

1 Zoutverlies en zoetwaterverplaatsing voor proeven zonder schepen bij laag Zeeuws Meerpeil

2 Zoutverlies en zoetwaterverplaatsing voor proeven met schepen bij laag Zeeuws Meerpeil

3 Zoutverlies en zoetwaterverplaatsing voor proeven zonder schepen bij hoog Zeeuws Meerpeil

4 Zoutverlies en zoetwaterverplaatsing voor proeven met schepen bij hoog Zeeuws Meerpeil

5 Zoutverlies en zoetwaterverplaatsing voor proeven met schepen bij hoog Zeeuws Meerpeil; met normale snelheden en ingebouwde geleide-vloer

6 Zoutverlies en zoetwaterverplaatsing voor proeven met schepen bij hoog Zeeuws Meerpeil; met kleine hefsnelheden en ingebouwde geleide-vloer

7 Zoutverlies en zoetwaterverlies voor proeven met hoog- en laag Zeeuws 3

Meerpeil (Ap = 3 kg/m )

8 Zoutverlies en zoetwaterverlies voor proeven met hoog- en laag Zeeuws 3

Meerpeil (Ap = 12 kg/m )

9 Verband tussen zoutbezwaar en zoetwaterverlies; proeven met geleide-vloer en kleine hefsnelheid van de schuiven (M 865-VII, figuur 68)

10 Doorsneden kolkwand in overzichtsmodel Kreekraksluizen

11 Dichtheidsvertikalen in Volkeraksluis

12 Dichtheidsvertikalen in Volkeraksluis (vervolg)

Lijst van figuren (vervolg)

14 Schutcyclus duwvaartsluizen Philipsdam zonder terugwinnen zoet water

15 Schutcyclus duwvaartsluizen Philipsdam met terugwinnen zoet water

16 Rekenvoorbeeld: Verloop dichtheid bekkens met en zonder terugwinnen zoet water

1 Prognose voor zoutbezwaar en zoetwaterverlies van de Philipsdamsluizen

2 Prognose voor zoutbezwaar en zoetwaterverlies van de Kreekraksluizen bij hoog Zeeuws Meerpeil

3 Prognose voor zoutbezwaar en zoetwaterverlies van de Kreekraksluizen bij laag Zeeuws Meerpeil

4 Prognose voor zoutbezwaar en zoetwaterverlies van de Kreekraksluizen bij gemiddeld Zeeuws Meerpeil

5 Rekenvoorbeeld: Bufferen zoet water in bekkens bij niet terugwinnen zoet water

6 Rekenvoorbeeld: Bufferen zoet water in bekkens bij terugwinnen zoet water

Literatuur

[]] Zoutbestrijding Kreekraksluizen

Waterloopkundig Laboratorium M 865-VII

[2_| Duwvaarts luizen in de Philips dam

Tweedimensionaal onderzoek vormgeving kolkwand, kolkbreedte 24 m Waterloopkundig Laboratorium M 1431-11

[3_| Zoutbestrijding Schutsluizen Hansweert Waterloopkundig Laboratorium M 1128

1.1 Opdracht

Het onderzoek is uitgevoerd in opdracht van Rijkswaterstaat Deltadienst, Hoofdafdeling Waterloopkunde (voor opdracht zie notulen

beleidsbe-spreking d.d. 4 oktober 1976). De resultaten zijn tussentijds besproken in een werkgroep bestaande uit vertegenwoordigers van Rijkswaterstaat Delta-dienst, hoofdafdeling Waterloopkunde en Waterbouwkundige Werken Oost; Rijkswaterstaat, Direktie Waterhuishouding en Waterbeweging, distrikt Zuid-West en het Waterloopkundig Laboratorium.

Het onderzoek is uitgevoerd door ir. D.I. Lievendag, die ook het rapport heeft samengesteld. De uiteindelijke redaktie van dit rapport werd verzorgd' door ir. P. van der Kuur.

1.2 Inleiding

Ten behoeve van door Rijkswaterstaat uit te voeren studies is het gewenst te beschikken over een prognose van de zout/zoetverliezen van de Philipsdam-sluizen. In bovengenoemde werkgroep werd besloten bij het opstellen van de prognose uit te gaan van de resultaten van het overzichtsmodel van de Kreek-raksluizen. Deze resultaten zijn beschreven in rapport M 865-VII. []]

Hoewel de Kreekraksluizen inmiddels in gebruik zijn funktioneert het zout/ zoetscheidingssysteem nog niet, zodat uit het prototype geen informatie ver-kregen kan worden ten behoeve van het opstellen van een prognose.

De resultaten van het onderzoek van de Kreekraksluizen kunnen niet zonder meer gebruikt worden, gezien hiernavolgende verschillen tussen de sluizen:

2

-kolklengte kolkbreedte

hoogte bovenzijde geperforeerde vloer t.o.v. NAP

dichtheid zoute water

waterstand zoute pand t.o.v. waterstand zoete pand

vormgeving kolkwand vormgeving vloer

vormgeving riolenstelsel schot t.p.v. grens kolk-riool

Philipsdamsluizen 280 m 26,7 m -6,25 1020 kg/m3 h 4. > h . (vloed) zout zoet en h . < h „(eb) zout zoet afdichtende regelschuif U-balk

hoog- en laag bekken aanwezig Kreekraksluizen 334,75 m 26,7 m -6,8 * 1003/1012 kg/m3 h (zout) > h v zoet (altijd) niveauschuif Z-balk hoog bekken afwezig

x In het overzichtsmodel lag de bovenzijde van de geperforeerde vloer op NAP -6,80 m, in het prototype op NAP -6,25 ra.

Gezien bovenstaande verschillen zal het duidelijk zijn dat op basis van de resultaten van het Kreekrakonderzoek slechts een ruwe prognose van de zout/ zoetverliezen van de Philipsdamsluizen mogelijk is.

In par. 4.4.1 is een beschrijving van het schutsysteetn van de Philipsdam-sluizen gegeven. Hieruit kan de werking van het schutsysteem voor de Kreek-raksluizen afgeleid worden door te bedenken dat deze sluizen altijd werken volgens de vloedfase.

In hoofdstuk 2 wordt behandeld hoe het verschil in dichtheidsverschil tussen zoute- en zoete pand te vertalen. Op het verschil in kolkafmetingen wordt in hoofdstuk 3 ingegaan. Ook in hoofdstuk 3 wordt kwalitatief behandeld wat de invloed is van de wijzigingen van de vormgeving van de Philipsdamsluizen ten opzichte van de Kreekraksluizen.

Vrijwel alle proeven met het overzichtsmodel zijn uitgevoerd bij een water-stand van het zoete pand van NAP +0,7 m. Daarom is tevens een prognose van het zout/zoetverlies van de Kreekraksluizen bij een waterstand van het zoete pand bij NAP afgeleid (hoofdstuk 2 ) .

Tenslotte wordt in hoofdstuk 4 afgeleid wat de invloed is van het toepassen van luchtbellenschermen op het zout/zoetverlies.

j_.3 Samenvatting

Uitgaande van de resultaten van het overzichtsmodel van de Kreekraksluizen

is een prognose afgeleid voor de Philipsdanr en Kreekraksluizen.

In hoofdstuk 2 en 3 worden de problemen van de afleiding behandeld.

Prognose zout/zoetverlies bij Zoomraeerpeil op NAP

Philipsdamsluizen

V = 48.000 m3Ap=20 kg/m3

Kreekraksluizen

V = 59.700 m

3 Ap=3 kg/m3

Niet terugwinnen

Terugwinnen

Niet terugwinnen

Terugwinnen

zoetverlies

88% V

48% V

90% V

45% V

zoutverlies

1% V

7% V

1% V

10% V

Zie verder tabel 1 en 4.

In par. 2.2 is afgeleid dat het handiger is te werken met het begrip totale

zoetverlies bij onderzoek op waterhuishoudkundig gebied. Dit totale

zoet-verlies is gelijk aan de hoeveelheid zoet water die het zoute pand bereikt.

Dit leidt tot onderstaande prognose

Prognose zout/totale zoetverlies t.b.v. waterhuishoudkundig onderzoek bij

Zoomraeerpeil op NAP

Philipsdamsluizen

V = 48.000 m

3 Ap=20 kg/m3

Kreekraksluizen

V = 59.700 m

3 Ap= 3 kg/m3

Niet terugwinnen

Terugwinnen

Niet terugwinnen

Terugwinnen

Totale zoetverlies

89% V

55% V

91% V

55% V

zoutverlies

1%

7%

1%

10%

In par. 3.4 wordt afgeleid tussen welke grenzen het zout/zoetverlies

waar-schijnlijk zal liggen. In par. 3.5 wordt een aantal verbeteringen van de

Philipsdamsluizen ten opzichte van de Kreekraksluizen behandeld. In dit

4

-stadium van. het onderzoek kan niet aangegeven worden wat de invloed van deze verbeteringen is op bovenstaande prognose.

In hoofdstuk 4 is nagegaan wat de invloed is van een luchtbellenscherm in het zoete of zoute hoofd. Afgeleid werd dat bij toepassing van een lucht-bellenscherm in het zoute sluishoofd tussen het goute en zoete pand een brak sluissysteem ontstaat bestaande uit kolk en bekkens. Hierdoor neemt het zoutverlies af en tijdelijk het zoetverlies. Zie verder par. 4.6

2.1 Inleiding

Voor sluizen met gelijk zout/zoetscheidingssysteem en gelijke vormgeving kan getracht worden de resultaten van proeven met verschillend uitwissel-debiet en verschillend dichtheidsverschil te ordenen met behulp van een intern Froudegetal. Hieraan ligt de gedachte ten grondslag dat bij een ge-lijke verhouding tussen kinetische en potentiële energie gege-lijke dichtheids-vertikalen zullen ontstaan en dus een gelijk zoutverlies.

Dit kan als volgt ingezien worden: des te groter het uitwisseldebiet, des te groter de stroomsnelheden, des te groter de kinetische energie en dus de menging, des te onscherper de dichtheidsvertikaal en des te groter het zoutverlies (bij gelijkblijvend zoetverlies). Tevens geldt des te groter het dichtheidsverschil, des te groter de potentiële energie, des te kleiner de menging etc.

Bij het onderzoek M 1128 [3] ten behoeve van de Hansweertsluizen, - hierbij is het systeem onderzocht met langsuitwisseling door de deur -, is getracht ter vergelijking van dit systeem met het bij de Kreekraksluizen toegepaste systeem van dwarsuitwisseling de resultaten te ordenen met behulp van een intern Froudegetal. Hier is gezocht naar een relatie tussen het zoutbezwaar in de neergaande fase en een intern Froudegetal, Dit leverde redelijke re-sultaten op. Bij het kolkwandonderzoek ten behoeve van de Philipsdamsluizen

[2] is bij de interpretatie gebruik gemaakt van een intern Froudegetal be-trokken op de doorsnede van het wandschuifriool. Hierbij bleek des te groter het intern Froudegetal, des te onscherper de dichtheidsvertikaal, des te groter het zoutverlies.

Dit heeft ertoe geleid de resultaten van het overzichtsmodel van de Kreek-raksluizen te ordenen met behulp van een intern Froudegetal. Bij gelijke kolkafmetingen zou dan voor de Philipsdamsluizen voor het overeenkomstige Froudeinterngetal het zoutbezwaar bepaald kunnen worden.

2

Voor het intern Froudegetal werd de grootheid Q /Ap genomen. Deze groot-heid is niet dimensieloos. Bij gelijke kolkafmetingen (oppervlak, diepte) van Philipsdamsluizen en Kreekraksluizen is het verschil tussen deze groot-heid en een "dimensieloos intern Froudegetal" een konstante.

2

Bij het berekenen van Q /Ap werd voor Q het maximale debiet tijdens de neer- of opgaande fase genomen, voor Ap werd het dichtheidsverschil tussen het zoute en zoete pand genomen.

6

-Beide gegevens zijn te ontlenen aan de tabellen opgenomen in rapport M 865-VII [ij . Het zal duidelijk zijn dat het intern Froudegetal voor de neer- en opgaande fase verschillend kan zijn. Op de hierboven beschreven wijze kunnen de proeven met het overzichtstnodel van de Kreekraksluizen ge-ordend worden. Bij het vertalen van de resultaten naar de Philipsdamsluizen doen zich 2 problemen voor:

a. verschil in kolkdiepte b_ verschil in kolklengte

Hieronder zal aangegeven worden hoe gezien deze verschillen te handelen. In paragraaf 1.2 is reeds opgemerkt dat de bovenzijde van de geperforeerde vloer in het overzichtsmodel op NAP -6,80 m lag. Bij de proeven met laag

Zeeuws Meerpeil lag de waterspiegel op NAP -0,80 m. De waterdiepte in de kolk bedroeg bij deze proeven dus 6 m. Bij hoog Zeeuws Meerpeil is de water-diepte in de kolk 7,5 m.

In de Philipsdamsluizen is de waterdiepte in de kolk 6,25 m bij een Zoommeer-peil van NAP. Daarom is bij de prognose uitgegaan van de proeven met laag Zeeuws Meerpeil. Een probleem hierbij is dat slechts weinig proeven bij dit peil zijn uitgevoerd en bovendien dat ze minder betrouwbaar zijn (zie

par. 2.3).

Tevens is in de inleiding reeds vermeld dat de kolklengtes van de Philipsdam-sluizen en de KreekrakPhilipsdam-sluizen ongelijlc zijn. Daarom moet het uitwisseldebiet gekorrigeerd worden. Dit had kunnen plaatsvinden door in het intern Froude-getal voor Q het debiet per meter sluiskolk te nemen of de grensvlaksnelheid. Het werd handiger geoordeeld het intern Froudegetal van de Philipsdamsluizen

te korrigeren met (lengte kolk Kreekraksluizen/lengte kolk Philipsdamslui-2 3

zen) . Dus uit uitwisseldebiet Philipsdamsluizen van 80 m /s en dichtheids-verschil 20 kg/m volgt een intern Froudegetal van 320.

v , . . „ . . . A o l k Kreekraks luizen 2 334 75 2

Korrektiefaktor = <~ ) = (—Ö^K-) = '

kolk Philipsdamsluizen

Hieruit volgt een intern Froudegetal van 320 x 1,44 = 460. Voor dit intern Froudegetal moeten de resultaten van het onderzoek ten behoeve van de

Kreekraksluizen bekeken worden om het zoutbezwaar voor de Philipsdamsluizen te bepalen.

Overigens zijn er faktoren die niet tot uitdrukking komen in het intern Froudegetal (scheepsbeweging, schroeftoerental) en die wel van invloed zijn op de zout/zoetverliezen. Naarmate deze faktoren van minder belang zijn zal de ordening van de proefresultaten met een intern Froudegetal beter lukken.

2.2 Definities

Grensvlak : het vlak waarboven zich een even groot volume zout water bevindt als zoet water eronder.

Neergaande fase: periode in de schutcyclus waarin het grensvlak omlaag beweegt (tot in de geperforeerde bodem).

Opwaartse fase : periode in de schutcyclus waarin het grensvlak omhoog be-weegt.

Zoetwaterverplaatsing opwaartse fase: hoeveelheid zoet water die via de wandschuiven de kolk verlaat.

Zoetwaterverplaatsmg neergaande fase: hoeveelheid zoet water die via de wandschuiven de kolk binnenkomt.

Zoetwaterverlies:zoetwaterverplaatsing neergaande fase verminderd met zoet-waterverplaatsing opwaartse fase.

Zoutverlies tijdens opwaartse fase: hoeveelheid zout water die via de wand-openingen de kolk verlaat.

Zoutverlies na neergaande fase: hoeveelheid zout water die via de deuren naar het zoete pand de kolk verlaat.

Zoutverlies totaal: hoeveelheid zout water welke zoete pand bereikt.

Uitwisselen : het vervangen van een kolkvolume zoet water door zout water of omgekeerd.

Uitwisselingsniveau: peil van het omarmend zoet.

Uitwisselingsvolume: het kolkvolume tussen uitwisselingsniveau en bovenkant geperforeerde vloer.

8

-Tijdens de opwaartse fase wordt zout water via de geperforeerde bodem aange-voerd, terwijl tegelijkertijd zoet water via de wandschuiven wordt afge-voerd uit de kolk. Tijdens de neergaande fase gebeurt het omgekeerde. Indien er geen enkele menging tussen het zoute en zoete water zou optreden zou de dikte van de mengzone ("grenslaag") zeer klein worden en overgaan in een grensvlak. Voor de wijze van meten van zoutbezwaar en zoetwaterver-plaatsing wordt verwezen naar rapport M 865-VII.

Overigens zij wel opgemerkt dat het zoutbezwaar tijdens de neergaande fase niet gemeten is. Bij het onderzoek M 1431 "Vormgeving kolkwand" werd ge-konstateerd dat er tijdens de neergaande fase zoutverlies kan plaatsvinden. Dit gebeurt indien in het begin van de neergaande fase het debiet door de ' vloer en dus door de wandschuif niet groot genoeg is om het uitstromen van zout water door de wandschuif tegen de houden. Hoewel dit zoutverlies bij het onderzoek ten behoeve van de Kreekraksluizen in de neergaande fase niet gemeten werd, kan uit de vermelde debieten nagegaan worden dat er geen zout-verlies in deze fase zal hebben plaatsgevonden.

Gezien het bovenstaande is het totale zoutbezwaar de som van het zoutbezwaar na de neergaande fase en tijdens de opgaande fase.

Het zoetverlies werd bepaald als het verschil tussen de zoetwaterverplaatsing neergaande fase en de zoetwaterverplaatsing opwaartse fase. Deze zijn gelijk aan de af- resp. aanvoer van zout water door de bodem verminderd met de schutschijf.

In de periode dat de deuren naar het zoete pand geopend zijn vindt er zout-verlies plaats (het zoutzout-verlies na de neergaande fase), Dus neemt de hoe-veelheid zoet water in de kolk in deze periode toe.

Ook tijdens de opwaartse fase vindt er zoutverlies plaats en wel door de wandschuiven. Dit betekent dat niet al het water dat door de wanden naar het omarmend zoet water stroomt zoet is. Dus bevindt zich aan het eind van de opwaartse fase meer zoet water in de kolk dan op grond van het verschil tussen tussen de zoetwaterverplaatsing neerwaartse en opwaartse fase verwacht mag worden. Dit leidt tot een vergroting van het zoetwaterverlies met het zout-verlies (uitgedrukt in m ) .

zoutverlies (m3)

zoetverlies

Cm

3

)

zoetverlies = verschil zoetwaterver-plaatsing neerwaartse en opwaartse, fase

In dit rapport (en ook in M 865-VII) wordt gewerkt met de definitie van zoetverlies is verschil zoetwaterverplaatsing neerwaartse en opwaartse fase. Bij het sluisbeheer kan dit een handige definitie zijn.

Het zal duidelijk zijn dat de hoeveelheid zoet water die het zoute pand

bereikt groter is en wel een extra zoetverlies ter grootte van het zoutverlies 3

(uitgedrukt in m ) . Ten behoeve van onderzoek op waterhuishoudkundig gebied lijkt het handiger te werken met de totale hoeveelheid zoet water die het zoute pand bereikt. Dit totale zoetverlies wordt gedefinieerd als de som van het zoetverlies dat gelijk is aan het verschil van de zoetwaterver-plaatsingen van neer- en opwaartse fase en het zoetverlies dat in grootte gelijk is aan het zoutverlies.

In par. 1.3 is het totale zoetverlies ten behoeve van waterhuishoudkundig onderzoek tevens gegeven.

Tijdens de periode dat de deuren naar het zoute pand geopend zijn zal niet al het zoete water dat zich aan het eind van de opwaartse fase in de kolk bevindt naar het zoute pand verdwijnen.

Het zoetverlies zoals op de hierboven beschreven wijze bepaald geeft dus een bovengrens.

2.3 Werkwijze bij opstellen prognose Philipsdamsluizen

In rapport M 865-VII zijn tabellen opgenomen waarin de resultaten van alle uitgevoerde proeven zijn weergegeven. Hiervan werden de proeven met laag Zeeuws Meerpeil geselekteerd. Zowel de proeven met als zonder schepen in de kolk zijn gebruikt.

De resultaten zijn verdeeld in neergaande fase en opgaande fase. Voor beide fasen werd de zoetwaterverplaatsing langs de horizontale as en het zoutverlies langs de vertikale as uitgezet (zie figuur I en 2). Bij elk meetpunt in de grafiek werd het proefnummer en het intern Froudegetal weer-gegeven. Het intern Froudegetal werd bepaald uit het dichtheidsverschil bij de proef en het maximum debiet in neer- of opgaande fase.

Het onderzoek ten behoeve van de Kreekraksluizen werd uitgevoerd bij een dichtheidsverschil van 3 en 12 kg/m . De meetnauwkeurigheid is bij de proe-ven met het kleine dichtheidsverschil kleiner. Daarom moet aan de proeproe-ven met het grote dichtheidsverschil meer waarde gehecht worden.

10

-Tevens zijn langs de vertikale en horizontale as zoutverlies en zoet-waterverlies uitgezet in percentages van het uitwisselingsvolume. Voor de definitie van het uitwisselingsvolurne zie paragraaf 2.2. Voor de berekening van het uitwisselingsvolume zie paragraaf 3,2.

In de figuren 1 en 2 is te zien dat in het algemeen bij de grote intern Froudegetallen het zoutbezwaar groter is dan bij de kleine intern Froudege-tallen. Tevens blijkt dat de spreiding groot is. Dit gekombineerd met het kleine aantal uitgevoerde proeven bij laag Zeeuws Meerpeil leidde tot de konklusie dat de aanvankelijke opzet om in de grafiek waar zoutverlies tegen de zoetwaterverplaatsing is uitgezet lijnen van gelijk intern Froudegetal te tekenen verlaten moest worden.

Daarom is voor een aantal plaatsen in de grafiek waar wel metingen verricht waren via interpolatie geschat wat het zoutverlies bij intern Froudegetal 460 zou zijn. Voor de afleiding van dit getal zie paragraaf 2.1. De re-sultaten zijn weergegeven in tabe.1 1.

De tendenzen die in figuur 1 en 2 verwacht mogen worden zijn dat voor het zoutverlies na de neergaande fase bij toenemende zoetwaterverplaatsing in de neergaande fase het zoutverlies afneemt. Immers des te groter de zoet-waterverplaatsing is, des te minder zout zal zich nog in de kolk bevinden. Dit zout zorgt voor het zoutverlies via de deuren. Voor de opgaande fase mag verwacht worden dat bij toenemende zoetwaterverplaatsing dus bij verder opdrukken van het grensvlak het zoutverlies toeneemt. Deze tendens is waar-neembaar .

In figuur 2 opwaartse fase blijkt dat het zoutverlies bij toenemend intern Froudegetal afneemt. Dit is in strijd met de verwachting. Van deze proeven is in rapport M 865-VII paragraaf 11.20 reeds opgemerkt dat de resultaten van deze proeven minder betrouwbaar zijn, omdat de zoutverliezen bij toe-nemende debieten (en dus toenemend intern Froudegetal) afnemen. Helaas zijn deze proeven indertijd herhaald bij hoog Zeeuws Meerpeil en niet bij laag. Het resultaat was conform de verwachting: bij toenemende debieten neemt het zoutverlies toe.

Opgemerkt kan worden dat de relatie tussen intern Froudegetal en zoutverlies bij het Hansweert-onderzoek duidelijker is dan bij het Kreekrakonderzoek.

Hiervoor kunnen twee oorzaken genoemd worden:

a. de grotere spreiding in de resultaten van het Kreekrakonderzoek. Deze kan veroorzaakt worden door de kleinere dichtheidsverschillen.

b. het gebruik van varende schepen bij het Kreekrakonderzoek in tegen-stelling tot het Hansweertonderzoek. Bij dit laatste onderzoek kon de deur naar het zoete pand ook niet geopend worden. Zoutverlies na neer-gaande fase bestond bij dit onderzoek dus niet.

Indien de invloed van de varende schepen overheersend is ten opzichte van de invloed van het uitwisselen mislukt de ordening met interne Froudegeta.il en.

Tenslotte dient opgemerkt te worden dat voorafgaand aan elke proef bij het Kreekrakonderzoek de kolk gevuld werd met zout water. Het begin van de neergaande fase was dus voor alle proeven gelijk. Indien bovengenoemd punt b niet van belang is zou er een redelijke korrelatie moeten zijn tussen het zoutverlies na de neergaande fase en het intern Froudegetal van de neergaande fase.

Voor de opgaande fase geldt dit in mindere mate. Immers de situatie aan het begin van de opgaande fase is het resultaat van het uitwisselen in de neergaande fase en het varen met schepen naar en vanuit het zoete pand. Deze is voor alle proeven anders. Het zoutverlies in de opgaande fase zal dus minder korreleren met het intern Froudegetal betrokken op de opgaande fase.

2.4 Werkwijze bij opstellen prognose Kreekraksluizen

In bovengenoemde werkgroep kwam de wens op om behalve voor de Philipsdam-sluizen ook voor de KreekrakPhilipsdam-sluizen over een prognose voor het zout/zoet-verlies bij gemiddeld Zeeuws Meerpeil (NAP) te beschikken. Immers,vrijwel alle proeven in het overzichtsmodel zijn uitgevoerd bij hoog Zeeuws Meer-peil, enkele bij laag Zeeuws Meerpeil maar geen een bij gemiddeld Zeeuws Meerpeil. De reden hiervoor is dat het overzichtsmodel niet specifiek is opgezet en gebruikt ter verkrijging van een zo goed mogelijke prognose van het zout/zoetverlies maar veel meer ten behoeve van het ontwerp van de sluis, De proeven met het overzichtsmodel kunnen in de volgende groepen ingedeeld worden:

12

-A, proeven bij laag Zeeuws Meerpeil (NAP -0,8 m) met en zonder schepen B, proeven bij hoog Zeeuws Meerpeil (NAP +0,7 m) met en zonder schepen C, proeven bij hoog Zeeuws Meerpeil met schepen en met geleidevloer

D, proeven bij hoog Zeeuws Meerpeil met schepen met geleidevloer en kleine hefsnelheden van de rioolschuiven

De proeven van groep D hebben betrekking op de situatie zoals de sluis ge-bouwd is (dus met geleidevloer) en zoals de sluis gebruikt gaat worden

(dus met kleine hefsnelheden). Deze proeven zijn dus relevant voor het op-stellen van een prognose. Jammer genoeg betreft het slechts een minder-heid van het totaal aantal uitgevoerde proeven. Uit een vergelijking van de proeven van groep A en B moet een korrelatie bepaald worden om de re-sultaten van groep D te herleiden tot gemiddeld Zeeuws Meerpeil.

De resultaten van de diverse groepen proeven zijn uitgesplitst in neer- en opgaande fase, waarbij tevens het betreffende intern Froudegetal is weerge-geven. Voor groep A zie figuur 1 en 2, voor groep B zie figuur 3 en 4, voor groep C figuur 5, voor groep D figuur 6.

Uitgaande van een grensvlaksnelheid van 3 cm/s en dus een uitwisseldebiet 3

van 95 m /s moeten de zoutverliezen afgelezen worden voor intern Froudege-tallen 3000 (Ap = 3 kg/m3) en 750 (Ap - 12 k g / m3) .

Op de reeds eerder beschreven wijze kunnen de zoutverliezen met de daarbij behorende zoetverliezen afgelezen worden voor de intern Froudegetallen 3000 en 750 in de figuren 2 t/m 6. De resultaten zijn weergegeven in tabel 2 en 3. Het korrigeren van de resultaten van groep D naar gemiddeld Zeeuws Meer-peil heeft als volgt plaatsgevonden. In figuur 7 en 8 zijn proeven bij

3

hoog- en laag Zeeuws Meerpeil voor Ap = 3 respektievelijk 12 kg/m weerge-geven. De uitgezette zoetwaterverplaatsingen in neer- en opgaande fase zijn de waarden voor laag Zeeuws Meerpeil. Voor hoog Zeeuws Meerpeil moet de

! 5 3

zoetwaterverplaatsing vermeerderd worden met -X^-Ö X 84500 = 14.400 m , waarin 84500 is kolkinhoud tussen NAP +2 en NAP -6,8 m (bovenzijde geperforeerde vloer), 8,8 is kolkdiepte ten opzichte van NAP +2 m e n 1,5 is niveauverschil tussen hoog- en laag Zeeuws Meerpeil.

3

Bij gemiddeld Zeeuws Meerpeil bedraagt deze waarde 7700 m . Voor het totale zoetverlies hoeft niet gekorrigeerd te worden.

Uit figuur 7 en 8 blijkt dat bij de ondiepere kolk het zoutverlies na de neergaande fase kleiner is maar tijdens de opgaande fase groter. Voor' een

verklaring van dit verschijnsel zie paragraaf 3.5. Indien de meeste waarde wordt gehecht aan de resultaten van de proeven met Ap = 12 kg/m dan dienen

de zoutverliezen na de neergaande fase met 600 va verminderd te worden en 3

het totale zoutverlies met 600 m vermeerderd te worden. Op deze wijze is uit tabel 2 tabel 4 afgeleid waarin de prognose voor de Kreekraksluizen is gegeven bij Zeeuws Meerpeil op NAP.

Voor proeven zonder schepen waarbij geen korrektie bepaald kan worden om-dat er geen proeven bij hoog- en laag Zeeuws Meerpeil uitgevoerd zijn is geen korrektie uitgevoerd. Hieraan kan worden toegevoegd dat de afname van het zoutverlies na de neergaande fase en de toename van het zoutverlies in de opgaande fase moet worden toegeschreven aan de invloed van de kolk uit-en invaruit-ende schepuit-en.

In de tabellen 1 t/ra 4 is een prognose voor het zout/zoetverlies per sluis-kolk gegeven. Bij de omrekening van het zout/zoetverlies per schutting naar het zout/zoetverlies per sekonde is gebruik gemaakt van het gegeven dat bij maximum kapaciteit van de sluis bij terugwinnen zoet 13 schutcycli en bij niet terugwinnen 14 schutcycli per dag kunnen plaatsvinden. Dus bij niet terugwinnen duurt 1 schutcyclus 6170 sekonden, bij terugwinnen 6650 sekonden.

Dat het ordenen van de resultaten van het Kreekrakonderzoek met behulp van intern Froudegetallen leidt tot een andere prognose van het zout/zoetverlies dan volgens het onderzoek M 865-VII, moge blijken uit een vergelijking van fi-guur 9 (Fig. 9 is identiek Fig. 68 rapport M 865-VII), fifi-guur 5 en tabel 2. Volgens tabel 2 neemt het zoutverlies tot het drievoudige toe bij een afname

3

van het zoetverlies van 63900 naar 28400 m . Volgens figuur 9 neemt het zoutverlies slechts tot het tweevoudige toe bij een zelfde afname van het zoetverlies. De oorzaak van dit verschil is gelegen in het feit dat de helling van de lijn in figuur 9 die het verband aangeeft tussen het

zout-en zoetverlies in belangrijke mate bepaald wordt door de resultatzout-en van de proeven 255, 258 en 259. In figuur 5 zijn deze proeven uitgezet met het erbij behorende intern Froudegetal. Het blijkt dat de Intern Froudegetallen in de opgaande fase klein zijn. Dit wordt veroorzaakt door de kleine uit-wisseldebieten in de opgaande fase. De resultaten van de genoemde proeven

zijn daarom waarschijnlijk te gunstig, waardoor de helling van genoemde lijn te flauw loopt.

Tenslotte kan nog opgemerkt worden dat het zoutverlies in de opgaande fase aanzienlijk groter is dan het zoutverlies na de neergaande fase door de

deuren. Anders gezegd indien het grensvlak in de opgaande fase meer dan circa 2 meter wordt opgedrukt overtreft het zoutverlies door de wandschuiven het zoutverlies door de deuren. Dit wordt veroorzaakt door de vrij onscherpe dichtheldsvertikaal.

3 De invloed van de kolkafmetingen

3.1 Inleiding

In het voorgaande hoofdstuk is het zout/zoetverlies uitgedrukt in percenten van het kolkvolurae. Dit impliceert dat tussen beide grootheden een lineair verband zou bestaan. In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de vraag of dit een redelijke aanname is. Indien het zoutverlies lineair is met het kolkvolutne dan moet het zoutverlies lineair zijn met de kolklengte, kolkbreedte en kolkdiepte. Dit wordt behandeld in paragraaf 3.3.

Tevens zal in dit hoofdstuk de afleiding gegeven worden van de diverse ge-bruikte volumes.

3.2 Grootte kolk- en uitwisselingsvolume

Tussen de kolk zoals gebruikt in het overzichtsmodel en de in het prototype gebouwde bestaan twee belangrijke verschillen:

a. In het model ligt de bovenzijde van de geperforeerde vloer op NAP -6,80 m, in het prototype op NAP -6,25 m.

b. In het prototype zijn hefdeuren toegepast, in het model is in het hoofd tussen kolk en zoete pand een puntdeur toegepast.

Het kolkvolume in model en prototype is dus verschillend. Bij het modelonder-zoek werd gewerkt met een kolkvolume tussen bovenzijde geperforeerde vloer

3 en niveau zoute pand (NAP +2 m) van 84500 m .

Een verifikatxeberekening van dit volume leidde tot de volgende waarden: I inhoud kolk 334,75 x 26,7 K 8,8 =

II inhoud kolkwand

inhoud wandopening 14 m . Bij 140 wandopeningen III inhoud bij puntdeuren

2 K | x 12 K 8,8

Voor een doorsnede van de kolkwand in model zie figuur 10. Van dit volume moet nog de inhoud van de remtningwerken afgetrokken worden. Gekonkludeerd werd dat het kolkvolume dat bij het modelonderzoek gebruikt werd aan de grote kant is. Gezien het kleine verschil (circa 4%) werd in de werkgroep

78650 1970 420 81040 3 m 3 m 3 m 3 m

16

-afgesproken dat ter vermijding van misverstanden uitgegaan zou worden van

84500. Tevens werd afgesproken dat de zout/zoetverliezen niet gekoppeld

zouden worden aan het kolkvolume maar aan het uitwisselvolume. Dit is het

volume van de kolk tussen bovenzijde geperforeerde vloer en het niveau van

het zoete pand.

Dit leidt tot de volgende waarden:

kolkvolume bij onderzoek tussen NAP +2 m en NAP -6,8 m 84500 m

uitwisselingsvolume bij onderzoek bij hoog Zeeuws Meerpeil

(NAP +0,7 m ) 8 ) 8 8"8 1 > 3 * 84500 72000 m

3

uitwisselingsvolume bij onderzoek bij gemiddeld Zeeuws Meerpeil

(NAP) 8'8

Z

2 H 84500 65300 m3

o, o

uitwisselingsvolume bij onderzoek bij laag Zeeuws Meerpeil

(NAP -0,8 m) 8 > 8 8"8 2'8 x 84500 57600 m

3

Bij de Kreekraksluizen in prototype moet gerekend worden met een kolkvolume

van 84500 - 420 (inhoud puntdeuren) 1 ~ K 84500 (vanwege bovenzijde

ge-perforeerde vloer).

Dus:

kolkvolume Kreekraksluizen ten opzichte van NAP +2 m 78800 m

uitwisselingsvolume prototype bij NAP +0,7 m:

8'2 5 "• ''3 x 78800 = 66400 m3

' 8 2 5 - 2 ^

uitwisselingsvolume prototype bij NAP •'•% v-e H 78800 = 59700 m

o, L o

uitwisselingsvolume prototype bij NAP -0,8

B > 2 5

8 ~ 2 5

> 8

*

7 8 8 0

°

= 5 2 1 0

° ™

3

3

Uitwisselingsvolume Philipsdamsluizen ten opzichte van NAP 48000 tn

(bovenzijde geperforeerde vloer NAP -6,25 m, netto lengte kolk 280 m)

Bij het bovenstaande dient opgemerkt te worden dat bij het vertalen van de

genieten zout/zoetverliezen bij het modelonderzoek naar percentages van het

uitwisselvolume gebruikt gemaakt dient te worden van de eerstgenoemde

uit-wisselvolumina. Dit is gebeurd in figuur 1 t/m 6. Bij het opstellen van de

prognose voor de Kreekraksluizen dient uiteraard gebruik gemaakt te worden

van de prototype uitwisselvolumina. Dit vond plaats bij de tabellen 2 t/m 4.

3.3 Lineair verband tussen zout/zoetverlies en kolkvolume

Bij sluizen van het Kreekraktype wordt getracht de stromingen zoveel moge-lijk tweedimensionaal te laten plaatsvinden. De stroming in de derde dimensie

(lengterichting kolk) wordt geprobeerd zoveel mogelijk te onderdrukken. Dit leidt tot de konklusie dat er een redelijk lineair verband zal bestaan tussen kolklengte en zout/zoetverlies.

Het uitwisselen van water tussen kolk en voorhaven is bij gegeven tijd dat de deuren geopend zijn wel afhankelijk van de lengte van de kolk. Het uit-wisselen met de zoete voorhaven vindt slechts in geringe mate plaats

(klein dichtheidsverschil). Het uitwisselen met zoute voorhaven (in onder-zoek M 865-VII) vond niet plaats. Aangenomen werd bij het modelonderonder-zoek dat al het zoete water in de kolk met de zoute voorhaven zou uitwisselen. De bovenstaande konklusie kan dus gehandhaafd blijven.

De kolkbreedte van Philipsdam- en Kreekraksluizen is gelijk en tevens gelijk aan de breedte in model. Dus levert dit geen problemen bij het lineair ver-band tussen kolkvolume en zout/zoetverlies. Hierbij dient aangetekend te worden dat er tweedimensionaal onderzoek is uitgevoerd bij kolkbreedte 12 m en 24 m (M 1431). Hieruit kan een indruk verkregen worden van de invloed van de kolkbreedte. Tevens kan een indruk verkregen worden uit proeven

be-schreven in rapport M 865-VII waarbij één kolkwand gesloten was. Dit kan ook gezien worden als proeven bij kolkbreedte 48 tn. Het betreft hier slechts enige proeven. De resultaten vertonen een zeer grote spreiding. Inzicht om-trent een lineair verband kan hier niet uit verkregen worden.

Wat betreft het lineair verband tussen kolkdiepte en zout/zoetverlies kan opgemerkt worden dat een afname van de kolkdiepte leidt tot een afname van het zoutverlies na de neergaande fase, tot een toename van het zoutverlies in de opgaande fase en tot een kleinere toename van het totale zoutverlies. Dit kan als volgt begrepen worden. Het uitvaren van schepen gaat gepaard met een retourstroom en een schroefstraal die kolkinwaarts zijn gericht. Het uitwisselen tussen kolk en zoete voorhaven wordt tegengegaan. Daarna vindt het invaren van de schepen plaats. Dit gaat gepaard met een retour-stroom richting voorhaven. Vanwege het achteruitslaan van de schroef is de schroefstraal kolkwaarts gericht . Direkt daarna gaat de deur dicht. Het in- en uitvaren van schepen heeft dus het effekt om zout water in de kolk te houden. Dit kan het afnemen van het zoutverlies na de neergaande

18

-neemt de retourstroom toe. Deze toename van de retourstroom gaat gepaard met meer menging. Tevens neemt de invloed van de schroefstraal op de menging toe omdat de afstand tussen de schroef en het grensvlak afneemt. Deze beide faktoren kunnen de toename van het zoutverlies in de opgaande fase bij afnemende kolkdiepte verklaren.

In figuur 7 en 8 zijn de resultaten van proeven bij Ap = 3 en 12 kg/m bij kolkdiepte 6 m en 7,5 m weergegeven. De proeven met kleine kolkdiepte zijn minder betrouwbaar (zie par. 2.3). Van een lineair verband tussen diepte en zout/zoetverlies lijkt geen sprake te zijn. Voor de prognose van het zout/ zoetverlies van de Philipsdamsluizen is slechts gebruik gemaakt van de proe-ven met kleine kolkdiepte. Voor de Kreekraksluizen is geinterpoleerd tussen proeven met kleine en grote kolkdiepte.

Resumerend kan gesteld worden dat gezien de werkwijze bij de invloed van de kolkdiepte, de gelijke kolkbreedte en de invloed van de kolklengte het zout/ zoetverlies redelijk evenredig zal zijn met het kolkvolume. Bij de overgang naar geheel andere kolkafmetingen (Oesterdamsluis, jachtensluis Philipsdam) gaat dit echter niet meer op.

3.4 Nauwkeurigheid prognose Philipsdam- en Kreekraksluizen

Bij het opstellen van de prognoses van Philipsdam- en Kreekraksluizen is ge-tracht zo objektief mogelijk het zout/zoetverlies af te lezen bij het rele-vante intern Froudegetal. De in paragraaf 2.3 en 2.4 vermelde waarden geven uit dien hoofde dus geen bovengrens. Inmiddels zijn voor de Philipsdamsluizen enige verbeteringen wat betreft zout/zoetverlies ontwikkeld. Zie hiervoor paragraaf 3.5.

Gezien de grote spreiding in de resultaten van het Kreekrakonderzoek, het geringe aantal proeven dat bij de uiteindelijke vormgeving en bedrijfs-voering van de Kreekraksluizen is uitgevoerd en het geringe aantal proeven bij laag Zeeuws Meerpeil, die ook nog minder betrouwbaar zijn, is de nauw-keurigheid van de prognose niet groot. Een en ander wordt mede veroorzaakt door het feit dat het modelonderzoek niet in eerste instantie is opgezet ter verkrijging van een zo goed mogelijke prognose maar veeleer ter begeleiding van het ontwerp van de sluis.

Niettemin is het gewenst een idee te krijgen tussen welke grenzen het

zout/zoetverlies waarschijnlijk zal liggen. Daarom is in de reeds eerder ge-noemde werkgroep bij een bepaald zoetverlies voor het relevante intern

Froudegetal het "maximale" en "minimale" zoutverlies afgelezen. Deze waarden zijn weergegeven in de hiernavolgende tabel.

I PfiiliiisdamsluiBfiH, voUcdifie schcepsbcKetting,

Ap = 20 kR/n>

uitwisselingsvolume 48ÜOO m omarmend /.oer op NA? volgens tabel 1

I I Kreekrakslui zon, volledige scheepsbozetting,

Ap = 12 kg/m

uitwissel!ngsvolume 66400 m omarmend zoet op NAP +0,7 kleine hofsnelheden, inge-bouwde geleidevloer volgens tabel 2 I I Kreekraks3uizen, volledige scheepsbezetting, Ap " 12 k g m 3 uitwisscliogsvolume 59700 m omarmend zoot op NAP kleine hefsnelheden, ingebouwde geleidevloer korrektie t . o . v . I I volgens label 4 I I I Kreekraksluizen, volledige scheepsbezetting, Ap - 3 kg/ni 3 uituissclingsvolume 66400 m omarmend Koet op NAP t-0,7 kleine hefsnelheden, inge~ bouwde geleidevloer volgens tabel 2 I I I Kreekraksluizen, volledige scheepsböKCtting, Ap = 3 kg/m 3 uitwissclingsvolume 59700 m omarmend zoet op NAP kleine hofsnelheden, inge-bouwde geleidevloer korrektie t . o . v . lll3 volgens tabel 4 zont vi r] \ t'fï neer-gaand.• fase tuinima.il/raayiraaal 17. 2% \% \1 3% 2% toename t . o . v . I I tussen -27. en 0% 0% 3% \Z 0% 4% 2% toename t . o . v . I I I t u s s e n -23! en 0% 0% t>Z \% Zoutuerliew op-waartse laat: minimaal/maximaal 47. S% 6% 2% 5% 4Z toename t.o.v, I I tussen 07, on l\7. 2% 92 èt 3Z 97. 6% toename t . o . v , I I I tussen 0% en hl 3% 13% ToLaa] zouLverlifs bij 45/487, zoet-verlioc minimaal/maximaal 5% 10% 1% 3% 61 6% 2% 12% 71 37. | 3 £ 8% 3% 177. 10?.

Zoutverlies in % van uitwisselvolume

Zoetverlies Philipsdarasluis; neergaande fase 882 na opgaande fase 48Ü Zoetverlies Krcekraksluis ; neergaande fase 9 0 % opgaande fase 403!

20

-3.5 Verbeteringen Philipsdamsluizen ten opzichte van Kreekraksluizen

De eerste verbetering wat betreft het zout/zoetverlies is de vormgeving van de kolkwand. Bij de Kreekraksluizen ligt de scheiding tussen zout- en zoet water in de kolkwand. Bij de Philipsdamsluizen komt de scheiding tussen zout en zoet water aan de kolkzijde van de kolkwand. Dit leidt tot een reduktie van het zoetverlies omdat er geen zoet water meer in de kolk-wand geborgen wordt. Afname 3% van het uitwisselvolume. Dus zoet verlies

zonder terugwinnen van 88 naar 85%. Met terugwinnen van 48 naar 45% V. Verder is bij het onderzoek, waarbij de kolkwandvormgeving is onderzocht

[2j, gekonstateerd dat indien in het begin van de neergaande fase met kleinere uitwisseldebieten wordt gewerkt, dit tot aanzienlijk scherpere dichtheidsvertikalen leidt en dus tot een afname van het zout/zoetverlies. De kolkwandvormgeving van de Philipsdamsluizen biedt meer mogelijkheden tot genoemde debietprogramtnering.

Bij het onderzoek van de vormgeving van de geperforeerde vloer is gekon-stateerd dat bij één der onderzochte varianten de vervorming van de dicht-heidsvertikaal tweemaal minder was dan van de vloer zoals aangebracht in de Kreekraksluizen. Hieronder wordt verstaan dat tengevolge van de menging in de vloer de grenslaag waarin de overgang van zout naar zoet water plaats* vindt minder in hoogte toeneemt. Wat dit betekent in reduktie van het zout/ zoetverlies kon nog niet vastgesteld worden. Verder is aan de hand van de resultaten van het onderzoek in het overzichtsmodel van de Kreekraksluizen gekonstateerd dat aan het einde van de neergaande fase zoet water in het riolenstelsel geborgen wordt. Dit kon bepaald worden uit de hoeveelheid verplaatst water in de neergaande fase. De hoeveelheid welke in het riolen-stelsel wordt geborgen bedraagt 5 - 10% van het uitwisselingsvolume. Bij de Philipsdam zal getracht worden door middel van het aanbrengen van een

"schort" op de grens van kolk en riolenstelsel het zijdelings afstromen van zoet water in het riolenstelsel te voorkomen.

Bij de Philipsdamsluizen zal geprobeerd worden de dichtheidsvertikaal in de kolk te meten. Hieruit kan bepaald worden of het uitwisselproces vol-tooid is. De veiligheidsmarge die aangehouden moet worden bij de vraag of er voldoende is uitgewisseld kan dan verkleind worden. Dit zal tot een afname van het zoetverlies leiden.

Tenslotte kan nog opgemerkt worden dat bij het Kreekrakonderzoek tijdens het varen van en naar het zoete pand de wandschuiven gesloten werden. Bij

houden omdat de gesloten kolkwanden tot een grotere retourstroom en dus tot meer menging leiden.

22

-4 Invloed toepassen luchtbellenschermen op zout/zoetverlies bij Philipsdamsluizen

4.1 Inleiding

Tevens kwam in de reeds genoemde werkgroep naar voren of met behulp van luchtbellenschermen in één of beide sluishoofden bij een sluis van het Kreekraktype een verdere reduktie van het zout/zoetverlies verkregen zou kunnen worden.

Ter beantwoording van deze vraag zijn allereerst 2 extremen beschouwd:

a. het toepassen van luchtbellenschermen reduceert de uitwisseling tussen

kolk en voorhaven en in de kolk blijft een gelaagd systeem in stand en b. het toepassen van luchtbellenschermen reduceert de uitwisseling tussen

kolk en voorhaven en in de kolk ontstaat een gemengd systeem.

In het hiernavolgende zal beredeneerd worden dat bij extreem a. een reduktie van het zoetverlies plaatsvindt en bij extreem b. een reduktie van het zout-verlies en een tijdelijke reduktie van het zoetzout-verlies (par. 4.2).

Uit metingen in de Volkeraksluizen d.d. 16 en 17 juli 1974 met luchtbellen-schermen aan en uit bleek dat extreem b. vrij dicht de werkelijkheid be-nadert (par. 4.3).

In paragraaf 4.4 zal met behulp van water- en zoutbalansen van kolk en

bekkens gekwantificeerd worden hoeveel reduktie een luchtbellenscherm geeft. Hierbij is uitgegaan van een luchtbellenscherm in het "zoute hoofd" (dit is het hoofd tussen kolk en zoute voorhaven). In paragraaf 4.5 wordt een be-schouwing gewijd aan het toepassen van luchtbellenschermen in het "zoete" hoofd (dit is het hoofd tussen kolk en zoete voorhaven).

4.2 Kwalitatieve afschatting reduktie zout/zoetverlies bij toepassen lucht-bellenschermen in "zoute" hoofd

Onderstaande redenering geldt zowel voor de situatie dat er zoet water wordt teruggewonnen als voor de situatie dat er geen zoet water wordt teruggewonnen. Het enige verschil is dat de kolk indien er wel wordt teruggewonnen voor de helft gevuld is met zoet water.

Bij extreem a. -bij toepassing van luchtbellenschermen blijft een gelaagd systeem in de kolk in stand - wisselt slechts een gedeelte van het zoete water uit met de voorhaven. Nadat de deuren gesloten zijn bevindt zich in de kolk een laag zoet water boven het zout. Alleen de laag zout water hoeft

in de neergaande fase uitgewisseld te worden. Het zoete water dat zich in de kolk bevindt na sluiting van de deuren komt dus niet in de voorhaven of in de bekkens en dit betekent dat het zoetverlies reduceert. Tevens worden de bekkens minder belast wat dus een reduktie van het energieverbruik van het gemaal betekent. Dit moet afgewogen worden tegen het energieverbruik van de luchtbellenschermen. Wellicht dat bij dit extreem ook een reduktie van het zoutverlies verkregen kan worden omdat zich aan het begin van de neergaande fase een laag zoet water boven het zoute water bevindt. De menging

tussen het instromende zoete water en het zoute water zal hierdoor afnemen en dus het zoutverlies.

Bij extreem b. - bij toepassen van luchtbellenschermen ontstaat in de kolk een gemengd dus brak systeem - wisselt een gedeelte van het zoete water in de kolk uit met de voorhaven. De rest van het zoete water in de kolk wordt opgemengd. Aan het begin van de neergaande fase bevindt zich in de kolk brak water. Dit zal leiden tot een reduktie van het zoutverlies. Immers bij

het overzichtsmodel is gekonstateerd dat bij Ap = 3 kg/m3 het zoutverlies

3 1

uitgedrukt in m groter is dan bij Ap = J2 kg/tn vanwege de minder scherpe dichtheidsvertikalen maar uitgedrukt in kg Cl-ion is het minder.

In de neergaande fase zal het gehele kolkvolutne brak water naar het lage bekken gebracht moeten worden. Hierin bevindt zich het resterende gedeelte

zoet water dat niet is uitgewisseld met de voorhaven. Het lage bekken gaat dus verbrakken. Het hoge bekken wordt gevoed uit het lage bekken en zal dus op zijn beurt verbrakken. Het hoge bekken neemt minder water af dan naar het lage bekken wordt gevoerd. Het resterende gedeelte wordt via het gemaal naar het kanaal Slaak gepompt. Hierin bevindt zich ook een hoeveelheid zoet water.

De evenwichtssituatie ontstaat op het moment dat de dichtheid in de kolk aan het begin van de neergaande fase en de dichtheid in het lage en hoge bekken gelijk zijn. Voor die tijd wordt een gedeelte van het zoete water in de bekkens gebufferd en een gedeelte via het gemaal op het kanaal Slaak gebracht. Dus vindt er een tijdelijke reduktie van het zoetverlies richting Oosterschelde plaats. Na het bereiken van de evenwichtssituatie wordt het zoetverlies verdeeld in een gedeelte dat op de voorhaven geloosd wordt en in een gedeelte dat via kanaal Slaak de Oosterschelde bereikt. De totale hoeveelheid blijft gelijk. Het zal duidelijk zijn dat indien het lucht-bellenscherm buiten werking wordt gesteld de bekkens weer gaan verzouten en dat uiteindelijk een nieuwe evenwichtssituatie bereikt zal worden (beide bekkens zout). Tot die evenwichtssituatie bereikt is, is het zoetverlies

24

-richting Oosterschelde groter dan na deze evenwichtssituatie. Bij extreem b. zal dus in de evenwichtssituatie bij toepassen van

luchtbellenschermen in het "zoute" hoofd,tussen het zoete en zoute pand een brak systeem ontstaan,bestaande uit kolk en bekkens. In de hiernavol-gende paragraaf zal blijken dat extreem b. dicht de werkelijkheid benadert.

4.3 Resultaat prototypemeting Volkeraksluizen d.d. 16 en 17 juli 1974

Door Rijkswaterstaat, Direktie Waterhuishouding en Waterbeweging, distrikt Zuid-West zijn op 16, 17, 18 en 19 juli 1974 metingen verricht in de Volke-raksluizen. In nota 43.002.03 [_4J d.d. november 1976 wordt verslag gedaan van deze metingen. Op twee meetdagen waren de luchtbellenschermen buiten werking gesteld. Op deze wijze kan het effekt van de luchtbellenschermen op

de chloride belasting nagegaan worden.

Bij genoemde metingen zijn op een zestal punten in de sluiskolk dichtheids-vertikalen bepaald. De meetpunten zijn genummerd 1 t/m 6. Nummer 1 ligt aan de Haringvlietzijde (zoete pand), nummer 6 aan de Volkerakzijde (zoute pand), De meetpunten zijn op regelmatige afstanden van elkaar gesitueerd. Deze

dichtheidsvertikalen boden de mogelijkheid de vraag te beantwoorden of bij toepassing van luchtbellenschermen een gemengd of een gelaagd systeem in de kolk ontstaat.

Alle gemeten dichtheidsvertikalen werden door Rijkswaterstaat in tabelvorm ter beschikking gesteld. Een selektie hiervan werd door het Waterloopkundig Laboratorium uitgewerkt. Weer een selektie hiervan is weergegeven in figuur 11 en 12. Dit betreft een meting in de vloedfase. De overige metingen ver-tonen een overeenkomstig beeld. In onderstaande tabel zijn de gegevens weer-gegeven van de uitgewerkte meting.

Datum 16 juli 1974 17 juli 1974 Begin tijdstip 12.10 13.00

Luchtbellenscherm aan uit Waterstand t.o.v. NAP

Volkerak (begin proef) ca. 1.90 ca. 1.90 Haringvliet (tijdens proef) ca. 0,50 ca. 0,65

Het verloop van de waterstand is weergegeven in figuur 13. In deze figuur zijn een viertal krakteristieke tijdstippen aangegeven. De

dichtheids-vertikalen op deze tijdstippen met luchtbellenschermen aan en uit zijn weergegeven in de figuren 11 en 12. Duidelijk zichtbaar is dat met lucht-bellens chermen uit er in de kolk een gelaagd systeem bestaat maar met luchtbellenschermen aan de kolk vrijwel geheel gemengd is.

Een vergelijking van de afmetingen van de Philipsdam- en Volkeraksluizen leert dat kolkbreedte en diepte gelijk zijn en dat de kolklengte van de Philipsdamsluizen kleiner is (280 m ten opzichte van 345 m van de Volkerak-sluizen) . Gezien het feit dat in de lengterichting van de kolk de dicht-heidsvertikalen niet duidelijk verschillen mag gekonkludeerd worden dat dit verschil in kolklengte geen rol speelt bij het al of niet ontstaan van een gemengd systeem in de kolk. Indien toch dan is het systeem bij de Philips-damsluizen nog gemengder. Het dichtheidsverschil bedraagt bij de

Volkerak-3 Volkerak-3

sluizen 14 kg/m en bij de Philipsdamsluizen 20 kg/m , Enerzijds betekent dit dat de kans op een gelaagd systeem bij de Philipsdamsluizen groter is,

anderzijds dat bij de Philipsdamsluizen meer lucht ingeblazen moet worden om het uitwisselen tussen kolk en voorhaven te reduceren; het inblazen van meer lucht betekent meer menging.

Gezien het bovenstaande mag gekonkludeerd worden dat bij toepassing van luchtbellenschermen in het "zoute" hoofd in de Philipsdamsluizen aan het begin van de neergaande fase een gemengd systeem in de kolk zal bestaan.

4.4 Kwantitatieve afschatting reduktie zout/zoetverlies bij toepassen luchtbellenschermen in "zoute" hoofd

4.4.1 Beschrijving schutsysteem Philipsdamsluizen

In figuur 17 is de situatie bij de Philipsdamsluizen weergegeven.

In de figuren 14 en 15 is schematisch het schutsysteem van de Philipsdam-sluizen weergegeven. Bij deze Philipsdam-sluizen zullen twee bekkens aangelegd worden: een hoog en een laag bekken. Het peil van het hoge bekken is hoger dan het niveau van het zoete pand; dat van het lage bekken lager.

Het lage bekken wordt gebruikt in de neergaande fase. In die fase loopt het zoute water uit de kolk in het lage bekken. Tegelijkertijd vult de kolk via de wandschuiven met zoet water.

Het hoge bekken heeft een dubbelfunktie. Allereerst wordt het hoge bekken gebruikt in de opwaartse fase om een gedeelte van het zoete water in de kolk terug te winnen. Hierbij wordt het grensvlak in opwaartse richting verplaatst, terwijl zoet water via de wandschuiven terugstroomt naar het

26

-zoete pand. De tweede funktie die het hoge bekken vervult is het vullen van de kolk in de ebfase tot de kolkwaterstand gelijk is aan die van het omarmend zoet. Indien dus geen zoet water wordt teruggewonnen en het is vloed dan wordt het hoge bekken niet gebruikt.

Tussen het hoge en lage bekken is een gemaal gesitueerd. Met dit gemaal worden het hoge en lage bekken op het gewenste niveau gehouden.

Aangezien er aan het hoge bekken minder water wordt onttrokken dan er aan het lage bekken wordt toegevoegd wordt het restant met behulp van genoemd gemaal op een kanaal gebracht dat tussen de bekkens loopt (kanaal Slaak). Dit kanaal wordt tevens gebruikt om gelijk water te maken met het zoute pand. Indien de waterstand in het kanaal gelijk is of hoger dan die in het hoge bekken, kan het terugwinnen van zoet water plaatsvinden met water afkomstig van het zoute pand. Bij de afschatting van de reduktie van het zout/zoet-verlies is hierbij van uitgegaan.

Als de waterstand in het kanaal Slaak gelijk is of lager dan die in het lage bekken, dan kan in de neergaande fase het zoute water op het kanaal Slaak afgelaten worden (ebfase). Deze mogelijkheid is bij de hiernavolgende ana-lyse buiten beschouwing gelaten. Indien via kanaal Slaak wordt uitgewisseld in een gedeelte van de ebfase neemt de belasting van het lage bekken af en dus het energieverbruik. Verder zal het langer duren voor de evenwicht-situatie bereikt wordt en dus neemt de grootte van de tijdelijke reduktie van het zoetverlies af. De totale berging van zoet water in de bekkens zal echter vrijwel gelijk zijn.

Omdat de werking van het systeem indien er geen zoet water wordt terugge-wonnen, eenvoudiger is dan indien dit wel gebeurt wordt hiermee begonnen

(par. 4.3 en 4.4).

4.4.2 Gebruikte notaties en aannamen

Eenvoudshalve is de waterverplaatsing van de schepen buiten beschouwing ge-laten. Het kolkvolume (vT) wordt gedefinieerd als het volume tussen

boven-zijde geperforeerde vloer en uitwisselniveau. De hoogte tussen uitwissel-niveau en bovenzijde geperforeerde vloer wordt q genoemd. Indien zoet water wordt teruggewonnen wordt het grensvlak over een hoogte s opgedrukt. Er

resteert dan een laag zoet water ter hoogte r.

Verder is aangenomen dat zowel eb als vloedfase 6 uur duren en dat in de vloedfase de waterstand in het zoute pand zich p ra boven het niveau van het

zoete pand en in de ebfase p m onder dit r.iveau bevindt, De getijcyclus is dus geschematiseerd tot:

p

• t 6 , - p 12

Verder is aangenomen dat zowel in de eb- als in de vloedfase 4 schuttingen plaatsvinden.

Tengevolge van de werking van de luchtbellenschermen reduceert de uitwisse-ling via het "zoute" hoofd met een faktor a. Hierbij is aangenomen dat zon-der luchtbellenscherm het gehele kolkvolume uitwisselt met de zoute voor-haven.

Dus zonder luchtbellenscherm en niet terugwinnen v1 m zoet water naar zoute

3 voorhaven, met luchtbellenscherm a v, m .

Verder wordt Ap gebruikt om het dichtheidsverschil tussen zoute- en zoete pand aan te geven en Ap , Aph> Ap zijn de dichtheidsverschillen van kolk,

hoge bekken en lage bekken ten opzichte van het zoete pand.

Als beginvoorwaarde voor de dichtheid van hoge en lage bekken op het moment dat het luchtbellenscherm in werking wordt gesteld wordt Ap genomen.

Het volume van hoge en lage bekken wordt v, en v.. genoemd.

In onderstaande schema's wordt een schutcyclus in vloed- en ebfase zonder terugwinnen en daarna met terugwinnen behandeld. Het schema geldt voor schutcyclus n na inwerkingstelling van het luchtbellenscherm.

Vloedfase niet terugwinnen In cyclus a

Handeling Waterverplaatsing Samenstelling kolkinhoud/bekkeninhoud gemiddelde dichtheid kolk/hoge en lage bekken

1. in kolk zoet water; waLerdiepte q 2. nivelleren

3. deuren "zoute" hoofd open,luchtbellenscherra aan

4. neergaande fase

— v zout water uit kanaal Slaak

av. zoet water naar voorhaven av, zout water uit voorhaven

met Apfc naar lage bekken

zoet

O-a)vfc

zout

£ Ap

(«*f)v

fc

5. in lage bekken v^ met AP l

n-l

in hoge bekken v met n-l

6. neergaande fase

7. lage bekken op niveau brengen Ap-Ap n-I Ap Vl n-l lage bekken Ap, Ap Vh

{•3-2)v met Ap. naar lage bekken

Ap-Ap1 AP l TAP,

-^)v. met Ap naar kanaal q k 1 Slaak n Ap q V Ap v 1 q k hoge bekken Ap. hn-l 00 I

i. 2. 3. 5. 6. 7. 8. 9.

in kolk zoet water waterdiepte q nivelleren via kanaal Slaak deuren "zoute" hoofd open,lucht-bellenscherm aan deuren dicht,ni-velleren via hoog bekken neergaande fase in lage bekken v^ niet Ap^ n-1 neergaande fase bijvullen hoge bekken

via gemaal naar kanaal Slaak

— v zoet naar kanaal Slaak

o(-S-E)v zoet water naar voorhaven

a(° )v, zout water uit voorhaven — v uit hoog bekken met Ap

q n-I

v. met Ap naar lage bekken

v met Ap naar lage bekken

— v met &p naar hoge bekken

( 5 ^ ) v met Ap. naar kanaal Slaak zoet water naar kanaal Slaak

\ Ap }' q J vk /Ap-Aph \ Ap /Ap-Ap, \ ^P /Ap~Ap1 \ Ap APl zoet \ "a~ Ta n~]) p v i fl aHq'p)ï / q \ U a n q ;Vk n-1 j / 1 \ /Ap-Aph \ ïï" 1 1 1 Ü ~ I 1 TJ

/

v

l'V Ap j q V

zout c(5lE)vk A ph , n"l P v lafTP) Ap q k q •" k 1n-l Ap ' vl Ap. Ap. n-] n-1 p Ap vl Ap q vk Ap. Ap q vk Ap = 0 Ap = 0 A pk = aAp • Ap, Ap h Ap Ap q q 1n-l

Ap, FAp-i Ap, ~]

n n-.1 v + n-1 P v ,a (q-Pj \, Ap |_ Ap "1 Ap q "k'"v q '"ld' Ap. f^Ph ^Pi 1 n 1 °~' -t n P \ H V t Ap L Ap h Ap q kj h q k I NJ

Vloedfase terugwinnen zoet in cyclus n

Handeling 1. In kolk zoet water;

waterdiepte q 2. Terugwinnen zoet

3. Nivelleren via door-laatwerk

4. Deuren "zoute" hoofd open;

luchtbellen-6- In lage bekken v met n-1

7. Neergaande fase

8. Bijvullen hoge bekken

9. Lage bekken op niveau brengen

waterverplaatsing

— v terug naar zoete pand — v met A p ^ uit hoge bekken

vu met Ap via doorlaatwerk

caar kolk

f ^ A

aan zoet water caar voorhaven en vervangen door zout

(^-£) vfe met Apfc naar lage bekken

0^".) v. met Ap naar lage bekken

— v met Ap, naar hoge bekken q k lQ

( P~S) Vj, met Ap naar kanaal

Slaak n

zoet naar Slaak

S amens tel1ing kolkinhoud/bekkeni nhoud zoet Vk

/

Ap

* A

q \ Ap j q k r v il n"' s v q Vk +\ Ap / q\ (1-a> Tq vk + (1-a) « vfe *

O')

(

iPl

->^

V AP /Vl / A pl \ *%-(•-»•('-»% zout Ap

V l s v

Ap q k Ap p V l s q k Ap q k Aph P , n-I s . q k Ap q k / A ph \ q k ^ Ap J q k Ap Vl Aph £ v + a * v + n-1 s + q k q k Ap q k AP

ln-.

f

f, ^ n - A s

Ap V ° ^ Ap J * q

V

k

Ap, Ap s n V l q Vk " Ap f Ap Vh gemiddelde dichtheid kolk of bekkens APj( = 0 i Pk " i ph . , S n-1 q A p ^ A p + A p ^ Apk = Ê Ap + a i Ap + Aph £ + API r Afh A p ^ fVk + QqVk + i ° p \ \ + Ap, / Ap \ -j Ap 1 y Ap J q k j

f i • <?*> 0

K r / i pi i ph , i

Ap

.

n

4f^*^

+

-^

L

^J

/

(

vfv

I

1. in kolk zoet water waterdiepte q

2. terugwinnen zoet

3. nivelleren: uit kolk via doorlaat-, verk

4. deuren naar zoute pand open, lucht-bellenscherm aan 5. nivelleren met hoge bekken 6. neergaande fase 7. in lage bekken v met Ap1 8. neergaande fase 9. bijvullen hoge bekken 10. lage bekken op niveau brengen i

— v terug naar zoete pand

— v, «et Ap uit hoge * k hn-l

bekken

•E v, met Ap, naar kanaal

« *

V i

Slaak

r i. ^"'l fs~Pi aan zoet

water naar voorhaven en vervangen door zout

*• v toet Ap uit hoge bekken n*f

vervangen v met Apfc door zoet water

v met Ap naar lage bekken

(~2-)v met Ap. naar hoge bekken n

(•—*-)v, met Ap, via gemaal naar kanaal Slaak

zoet naar Slaak

ivf'

q k \ (,-«) £ v, *\ Ap (j-a) - v

i

A

P

l

*-V Ap

\ Ap / * S Ij q k \ zoet vk 1P n-l 1 s Ap / q \ Ap J q ' "k

1

I ^^" ^ 1 11 r n—11 Ij n-ƒ h y Ap /

4

q ) vk zout Ap, Ap q Vk

4p

v,

A p v <j ' "lc Ap. Ap q k q 1-1 v q k." V Ap Ap r s n-l

"q V q

V

k S p

-A pi , n-l Ap Vl AP-, n-i r Ap Vl+ O q V s v «-1 iafs~p) q *k Ap ""' q ' \ Ap / n-l n ,s+ Ap h Ap q

V

/

+ vk* £)v Apfc = 0

^

= A

\-, t

q n-t q q n-l q

Ap, - « — Ap+ — Ap. +a(^-£)Ap + fc i q *>n_i i 4Pln-l Ap, Apn Ap, 1 1 , n , n 1 n-l r l s n—1 Ap L Ap vl q vk q vk Ap s

-p /

A P h

n-A]

/Ap Ap \ - 1 ïl™11 II S'fr'P 1 ƒ / /^"^"_P\ ^ n I

32

-In de fase van de schutcyclus dat de deuren in het "zoute" hoofd open staan is aangenomen dat a H het aanwezige zoete water in de kolk voor het openen van de deuren vervangen wordt door zout water. Bijvoorbeeld indien wordt teruggewonnen met brak water afkomstig uit het hoge bekken dan kan dit brakke water opgebouwd gedacht worden uit een deel zoet water en een deel zout water. Het zoete gedeelte wisselt dan met de koëfficiënt a uit met de voorhaven. Wellicht dat het zoute gedeelte ook uitwisselt maar dit

levert geen bijdrage aan de dichtheidsverandering. De koëfficiënt et is in de situatie met en zonder terugwinnen in principe anders omdat het dicht-heidsverschil tussen kolk en voorhaven verschillend is.

Het sluissysteem funktioneert in eb- en vloedfase verschillend. Bijgevolg zijn de evenwichtsdichtheden voor eb- en vloedfase verschillend. Daarom fluktueert de dichtheid van de bekkens in eb- en vloedfase ten opzichte van de gezamenlijke evenwichtsdichtheid van eb- en vloedfase. Deze fluktuaties zijn klein. De gezamenlijke evenwichtsdichtheid van eb- en vloedfase kan be-paald worden door te bedenken dat in de evenwichtssituatie de toevoer van zoet water naar het lage bekken gelijk moet zijn aan de afvoer en dit over één

eb-en vloedschutcyclus.

Verder is in die situatie de dichtheid van het hoge en lage bekken gelijk.

Dus: zonder terugwinnen zoet water: toevoer en afvoer naar en van lage bekken toevoer zoet vloed + toevoer zoet eb = afvoer zoet vloed + afvoer zoet eb

Ap

h

A p

x

In evenwichtssituatie Ap, = Ap1 = Ap

n-1 n

Noem Ap / Ap - e

0-a)

(J-a)

e = - (1- |^) (i-a) = a + |^- (l-a)

Dit kan grafisch als volgt worden weergegeven:

ZOUT

TOENAME LUCHT DE BIET

(zie pag 36 en par 4.4,3)

0,1 02 Q3 0 4 0,5 06

Evenzo met terugwinnen zoet

toevoer vloed + toevoer eb = afvoer vloed + afvoer eb

Ap

V

1

"

Ap,

n-l.

Ap

In evenwichtssituatie Ap, = Ap1 = Ap

34

-Noem e =

Ap

(1-a) | + (1-a) | (l-e) + (1-a) I + 1 (l-e) - a(lIE) vk (l-e)

(l-e) + f O-e)

(I-a) (2r) + (l-e)((1-a) s + s - a(s-p)) = (l-e) (2q+p)

Uitwerken levert:

2r(l-a) = (l-e) [2q + p - 2a (1-a) + ap]

le = 2 r ( l a ) / [2q+p2s ( l

e = 1 2r(lct)/[2q+p2s(la)+ap] = 1

-q 1 , 2s+p

r (I-a) 2r

noem a = — (terugwinpercentage en b = | - (verhouding getijamplitude

t . o . v . kolkdiepte)

e = !

-1 , -a+b

________

0,0 ZOET H h H h a: 0,48 b -- 0,08 — a = 0,24 b- 0,08 — a= 0,48 b= 0,16 • - at 0,00 b-.O,QB 0,1 0,2 0/3 Oft 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 TOENAME LUCHTDEBIET e " evenwichtsdichtheidsverschil/oorspronkelijk dichtheidsverschil a - percentage van uxtwisselingsvolume dat door luchtbellenscherm zoute

voorhaven bereikt

a = terugwinpercentage (hoeveelheid zoet water door wandschuiven in op-waartse fase/uitwisselvolume

b = verhouding getij amplitude t.o.v. kolkdiepte.

- Als oi = ] dan wisselt gehele kolkvolume uit met voorhaven. Indien tijdens periode dat deuren "zoute" hoofd geopend zijn ondanks de afwezigheid van luchtbellenscherm niet de gehele kolk uitwisselt (zeg a = 0»9) dan kan in bovenstaande grafieken afgelezen worden welke evenwichtsdichtheid de bekkens zullen bereiken.

Uit de reeds genoemde prototypemeting op de Volkeraksluizen d.d. 16 en 17 juli 1974 blijkt dat het zouttransport door de sluis bij toepassen van luchtbellenschermen in beide hoofden met een faktor 3 verbetert ten

36

-opzichte van de situatie zonder luchtbellenscherm. Bij luchtbellenschermen in een hoofd lijkt daarom een a van 0,5 a 0,6 mogelijk.

Uit bovenstaande figuren kunnen de volgende konklusies getrokken worden: a. De evenwichtsdichtheid neemt minder dan lineair af bij afnemende a.

Dus bij toename van het luchtdebiet minder rendement.

b. Indien geen zoet water wordt teruggewonnen is evenwichtsdichtheid lager dan indien dit wel gebeurt.

c. Bij een toename van de getij-amplitude neemt het effekt van het lucht-bellenscherm af. Overigens is de invloed van de getij-amplitude op de

evenwichtsdichtheid klein.

Op boven beschreven wijze ontstaat tussen het zoute en zoete pand een brak systeem bestaande uit kolk en bekkens. Hierdoor reduceert het zoutverlies.

3

Dit gebeurt m eerste instantie lineair: een m verlies aan zout water bevat

minder zout. Dit moet echter gekorrigeerd worden omdat vanwege het kleinere dicht- j heidsverschil de dichtheidsvertikalen minder scherp worden waardoor het

vo-lume van het zoutverlies toeneemt. Dus neemt het zoutverlies uitgedrukt in kg Cl -ion minder dan lineair af bij afnemende dichtheidsverschil.

4.4.3 Rekenvoorbeeld toepassen luchtbellenscherm

Bij dit rekenvoorbeeld is ervan uitgegaan dat op het moment dat het lucht-bellenscherm wordt aangezet het hoge en lage bekken gevuld zijn met zout water (Ap = 20 kg/m ) . Verder dat met de ebfase wordt gestart (4 schutcycli),

daarna een vloedfase (4 schutcycli), een ebfase e t c . Verdere gegevens:

q = kolkdiepte t.o.v. niveau omarmend zoet p = gemiddelde getij-amplitude

v, = kolkvolume tussen bovenzijde geperforeerde vloer en = niveau omarmend zoet

v, = volume hoge bekken (opp. 45 ha) v1 = volume lage bekken (opp. 45 ha)

Ap = dichtheidsverschil tussen zoute en zoete pand a = gedeelte van het zoete water in de kolk dat door

luchtbellenscherm zoute pand bereikt = 0,5

=

= 3 . = 2 . 48 150 250 6,25 1 .000 .000 .000 20

m

m 3 m 3 m 3 m i / 3

kg/m

Indien wordt teruggewonnen:

s = hoogte waarover grensvlak wordt opgedrukt = 3,25 m r = hoogte van zoetwaterlaag welke in kolk resteert = 3 m

N.B. scheepsvolurae verwaarloosd.

Met de schema's zoals weergegeven in paragraaf 4.3 en bovenstaande gegevens kan het proces doorgerekend worden tot de evenwichtsdiepte bereikt is.

Het verloop van de dichtheid met en zonder terugwinnen zoet water is gegeven in figuur 16.

Hieruit kunnen de volgende konklusies getrokken worden:

a. indien niet teruggewonnen wordt bereikt het lage bekken het snelst de evenwichtsdichtheid. Immers de belasting van het lage bekken is dan het ' grootst.

b. indien niet teruggewonnen wordt bereikt het hoge bekken het laatst de evenwichtsdichtheid. Dit komt omdat het hoge bekken dan slechts gebruikt wordt om in de ebfase de schutschijf in de kolk te brengen alvorens te gaan uitwisselen.

c. indien wordt teruggewonnen liggen de curves van de dichtheid van het hoge en lage bekken tussen de bij konklusie a en b vermelde extremen.

d. de dichtheid in het hoge bekken is altijd hoger dan die van het lage bekken omdat de dichtheid van het hoge bekken het resultaat is van het toevoegen van water uit het lage bekken bij dat van het hoge.

Indien na een zekere periode dat de luchtbellenschermen in werking zijn geweest hiermee gestopt wordt dan zullen de bekkens gaan verzouten. Dan zal de dichtheid van het hoge bekken kleiner zijn dan die van het lage bekken. De situatie kan zich voordoen dat de dichtheid in het hoge bekken kleiner wordt dan in de kolk waardoor de gelijkmatigheid van de debiet-verdeling over de geperforeerde vloer verslechtert.

e. bovenstaande berekening is uitgevoerd voor a = 0,5. Bij een kleinerea zal de evenwichtsdichtheid lager zijn en sneller bereikt worden.

Bij dit rekenvoorbeeld is gewerkt met 1 kolk en 16 schuttingen per dag. Bij 2 kolken mag gesteld worden dat het proces 2x zo snel verloopt.

De resultaten van het bufferen van zoet water in het hoge en lage bekken zijn weergegeven in tabel 5 en 6.

38

-4.5 Luchtbellenscherm in "zoete" hoofd

In de voorgaande paragrafen is het luchtbellenscherm in het "zoute" hoofd behandeld. In deze paragraaf zal ingegaan worden op het toepassen van een

luchtbellenscherm in het "zoete" hoofd.

Bij de Philipsdamsluizen is besloten tot het toepassen van wegneembare dorpels aan de zijde van het "zoete" hoofd, In tijden van laag Zoomtneerpeil kunnen deze dorpels verwijderd worden. De funktie van de drempels is het voorkomen van het uitwisselen van zout water dat zich aan het eind van de neergaande fase nog boven de geperforeerde vloer bevindt.

Schematisch kan dit als volgt weergegeven worden:

LANGSDOORSNEDE KOLK

DICHTHEIOSVERTICAAL AAN EINDE NEERGAANDE FASE

LUCHTBELLENSCHERM

WESNEEMBARE DORPEL

GEPERFOREERDE VLOER In paragraaf 4.3 werd gekonkludeerd dat het toepassen van een luchtbellen-scherm tot een vrijwel geheel gemengde kolk l e i d t . Dit geldt bij toepassen van een luchtbellenscherm in het "zoete" hoofd evenzo. Weliswaar is het toe

te passen luchtdebiet klein omdat het dichtheidsverschil tussen kolk en zoete voorhaven klein is maar tevens is de op te mengen hoeveelheid zout water klein. Daarom mag verwacht worden dat het water in de kolk in sterke mate gemengd i s .

Konklusie

Het toepassen van een luchtbellenscherm in de situatie dat teruggewonnen wordt lijkt daarom zinloos. Immers het zoutverlies door de deur zal redu-ceren maar door de kolkwand zal het toenemen.

Indien niet wordt teruggewonnen zal een luchtbellenscherm wel tot een re~ duktie van het zoutverlies leiden. Dit is overigens in deze situatie erg klein (I a 2% kolkvolume). Het belang van het toepassen van een luchtbellen-scherm neemt af naarmate het grensvlak verder door de vloer wordt getrokken.