Lijst van symbolen
Lijst van tabellen
Lijst van figuren
blz. j Inleiding , 1 2 Vooronderzoek 4 2.1 Prototypegegevens 4 2.2 Philipsdamonderzoek in de getijgoot 4 2.3 Krabbenkreekonderzoek in de getijgoot 6
3 Beschrijving van het onderzoek 8 3.1 De getijgoot 8 3.2 Schematisatie van het prototype 8 3.3 Schalen, goot- en randinstellingen en beginkondities 10 3.4 Proevenprogramma , 12
4 Resultaten van het onderzoek 14 4.1 Vertikale getijbeweging 14 4.2 Horizontale getijbeweging 14 4.3 Rhodamineproef T5 , 16 4.3.1 Uitvoering proef 16 4.3.2 Meetresultaten 16 4.3.3 Vergelij king met het M 1450-onderzoek 17 4.3.4 Konklusies 19 4.4 Gelaagde zout-zoetproeven 19 4.4.1 Inspeelgedrag 19 4.4.2 Meetresultaten 20 4.4.3 Konklusies 21 4.5 Gemengde zout-zoetproeven 22 4.5.1 Maatgevende prototypegegevens 22 4.5.2 Vergroting van de menging ...,,., 22 4.5.3 Inspeelgedrag 23 4.5.4 Meetresultaten 24
blz. 4.5.5 Konklusies • 25
5 Samenvatting en, konklusies 27
REFERENTIES
Appendix 1: Getij- en zoutberekening
Appendix 2: Rhodaminemetingen
TABELLEN
a o b B C c c raax c zee D E h G n. L LR Q riv u u* X y
P
Apamplitude vertikale getijbeweging breedte korabergend oppervlak Chézy koncentratie maximale koncentratie zeekoncentratie dispersiekoëfficiënt gravitatiekonstanten waterdiepte
maximale-minimale gootinhoud/maximale gootinhoud (zie figuur 5)
schaal: prototype-/modelmaat van met index aangegeven grootheid horizontale lengtemaat resonantielengte 1 /4 T v^gïT debiet rivierdebiet luchtdebiet getijperiode snelheid schuifspanningssnelheid horizontale koördinaat vertikale koördinaat dichtheid dichtheidsverschil
m
m
2 m m5/ s kg/m kg/m3 kg/m3 m /s ra/sm
ram
m /s m /s m /s 3, m /s s m/s m1 Vloed- en ebvolumen in Oosterscheldemodel en in de getijgoot 2 Proef T5, getijgemiddelde Rhodaminegehalten
3 Getijgemiddelde dichtheidsverschillen aan bodem en oppervlak 4 c/c -waarden
zee
5 Maximum en minimum waarden van over de vertikaal gemiddelde c/c zee 6 Schema onderzoek zouttoestand Krabbenkreek
1 Overzicht prototype
2 Schematisatie Krabbenkreek
3 Waterstanden in Oosterscheldegetijmodel 4 Debietcurven in Oosterscheldegetijmodel
5 Kwalitatief verschil tussen gootstroming met en zonder dichtheidsverschil 6 Meetopstelling getijgoot
7 Schematisatie Keeten-Philipsdamtrajekt en de Krabbenkreek in de getijgoot 8 Vergelijking waterstanden in getijgoot en Oosterscheldemodel, klein getij 9 Vergelijking waterstanden in getijgoot en Oosterscheldemodel, groot getij
10 Waterstanden referentieproef 11 Waterstanden referentieproef
12 Snelheidsmetingen met de turbinemeter in de mond van de getijgoot 13 Berekende debietcurven voor het getijgootmodel (NEBAS)
14 Inspeelgedrag Rhodaminemeting T5 15 Rhodamineverdeling in proef T5
16 Berekende zoutverdeling met eendimensionaal numeriek model 17 Zoutverdeling in proef T0
18 Zoutverdeling in proef T0 19 Zoutverdeling in proef TOA 20 Zoutverdeling in proef TOA
21 Inspeelgedrag zoutverdeling Krabbenkreek, proef T0 22 Inspeelgedrag proef T0
23 Zoutverdeling in proef T3 24 Zoutverdeling in proef T3 25 Zoutverdeling in proef T4 26 Maatgevende prototypegegevens 27 Zoutverdeling in proef T7A 28 Zoutverdeling in proef T7 29 Zoutverdeling in proef T7B
30 Inspeelgedrag gemengde zout-zoetproeven 31 Zoutverdeling in proef T6
32 Zoutverdeling in proef T8 33 Zoutverdeling in proef T9 34 Zoutverdeling in proef T10
35 Invloed dichtheidsverschil op het zoutgehalte in de Krabbenkreek
36 Koncentratie bij de Philipsdam en in de Krabbenkreek als funktie van de getijbeweging
In opdracht van Rijkswaterstaat, Hoofdafdeling Waterloopkun.de van de Delta-dienst, is onderzoek gedaan naar de toekomstige zouttoestand in de Krabbenkreek bij een Oosterschelde, die afgesloten is door een pijlerdam met beperkte door-stroomopening en die verkleind is door de zogenaamde Philipsdam tussen St. Phi-Üpsland en de Grevelingendam.
Het zoutgehalte in de Oosterschelde is van belang voor de soorten samenstelling van de levensgemeenschappen in het water, in de bodem en op het schor. Bij de toekomstige vormgeving van de Oosterschelde ontstaat er o.a, een belasting van zoet water op de zoute Oosterschelde door het schutten van schepen door de sluizen in de Philipsdam. Vooral de leefgemeenschap in de dichtbij de Philips-damsluizen gelegen. Krabbenkreek, die vanuit milieu-oogpunt belangrijk is als groot schorrengebied, kan door vermelde zoetbelasting beïnvloed worden. In ver-band met de eisen aan het zoutgehalte in de Krabbenkreek gesteld,is het nood-zakelijk enig inzicht te krijgen in de toekomstige zouttoestand in de noorde-lijke tak van de Oosterschelde.
Het bovenvermelde onderzoek is verricht in het Oosterscheldegetijmodel en daar-naast ook in de getijgoot. In het Oosterscheldemodel is de geometrie van het prototype met een vertrekking 4 weergegeven, echter er zijn geen dichtheidsver-schillen in het model gesimuleerd. Vanwege tijdgebrek was het niet mogelijk een geometrisch gelijkvormig detail model van de noordelijke tak van de Ooster-schelde te bouwen» zodat de getijgoot gekozen werd om een sterk geschematiseerd model in aan te brengen ter bestudering van de invloed van dichtheidsverschillen. Dit rapport zal het onderzoek, zoals dat in de getijgoot verricht is,
behande-len, terwijl het onderzoek in het Oosterscheldegetijmodel in een afzonderlijk rapport behandeld zal worden (ref. 1).
In het Oosterscheldemodel werd om de zoetwaterbelasting te simuleren Rhodamine als merkstof geloosd nabij de Philipsdam-of Volkeraksluizen. Het geloosde water en het modelwater bezaten dezelfde dichtheid. Voor drie verschillende situaties werd de Rhodaminekoncentratie gemeten:
a, Bij de huidige Oosterscheldevormgeving (zonder pijlerdam, zoetwaterlozing bij de Volkeraksluizen) werd de Rhodamineverdeling gemeten in het model vergeleken met de natuurzoutmetingen (13 uursmetingen) van juli 1974. Deze vergelijking toonde aan dat vooral op het Volkerak de koncentratie-verdeling onderling sterk verschillend is. Dichtheidseffekten kunnen dit verschil verklaren.
kleine respektievelijk grote doorlaatopening, zoetwaterlozing bij de Phi-lipsdam) werd de Rhodaminekoncentratie gemeten en onderling vergeleken. In de Krabbenkreek werd een duidelijk verschil in het Rhodaminegehalte voor beide varianten gevonden:
- c/c =35 a 40% b i j k l e i n g e t i j (C, + 11.500 m
2doorlaat)
lUctX J „
- c/c =25 a 30% bij groot getij (C, + 20.000 m doorlaat).
nictiX J
In dit model was de koncentratie nagenoeg homogeen over de vertikaal gemengd, omdat er geen dichtheidsverschillen aanwezig waren.
Onder invloed van dichtheidsverschillen ontstaat er een zogenaamde gravitatie-circulatie: resulterend gaat er per getij zout water langs de bodem landin-waarts en brak water langs het oppervlak zeelandin-waarts. In vergelijking met de situatie zonder dichtheidsverschillen zal er in de situatie met dichtheidsver-schillen meer zoet water naar zee getransporteerd worden (tengevolge van de gra-vitatiecirculatie), zodat er nabij de schutsluizen hogere zoutgehalten zullen optreden. Dit zou betekenen dat uit de Rhodamineproeven in het Oosterschelde-model te lage zoutgehalten, nabij de Philipsdam en in de Krabbenkreek volgen.
Het doel van het onderzoek in de getijgoot was een aanvulling van het in het Oosterscheldemodel uitgevoerde Rhodamine-onderzoek te geven ten aanzien van de invloed van dichtheidseffekten op de zoutverdeling in de noordelijke tak van de Oosterschelde. Daarbij moest nagegaan worden:
- of een gelaagde stroming in het Zype in principe gepaard kan gaan met een ge-mengde Krabbenkreek tengevolge van door de geul-/plaateffekten geïnduceerde menging
- hoe gevoelig de zouttoestand is voor het aan de zeerand ingestelde dichtheids-verschil en voor de vorm van het getij.
De referentie voor het uitgevoerde getijgootonderzoek is de Rhodamineproef in het Oosterscheldemodel met Philipsdam en kleine doorlaatopening in de Ooster-scheldedam. Daartoe is in het proevenprogramma van het getijgootonderzoek een proef zonder dichtheidseffekten (met Rhodamine) opgenomen, waarbij de rand-kondities vergelijkbaar waren met de rand-kondities in de noordelijke tak van het Oosterscheldemodel. Zoals reeds in het voorgaande vermeld is,was het vanwege tijdgebrek slechts mogelijk een sterk geschematiseerd model van de noordelijke Oosterscheldetak in de getijgoot aan te brengen om de invloed van dichtheids-effekten te bestuderen. Het gevolg van deze sterke schematisatie is echter dat de Rhodamineproeven in getijgoot en Oosterscheldemodel systematische
verschil-len vertonen. In het getijgootmodel is uitgegaan van een geulschematisatie (behalve in de Krabbenkreek), terwijl in het Oosterscheldemodel zowel de geulen
als ook de plaatgebieden op schaal zijn weergegeven. De belangrijkste konse-kwenties daarvan zijn dat de snelheden in het getijgootraodel relatief ten op-zichte van de snelheden in het Oosterscheldemodel te klein zijn en dat de mengende werking van de plaatgebieden op het trajekt Keeten-Philipsdam in het getijgootmodel ontbreekt. Via dispersieberekeningen is het effekt van het relatieve snelheidsverschil afgeschat.
Het getijgootonderzoek is in december 1976 en januari 1977 uitgevoerd gedeel-telijk gelijktijdig met en gedeelgedeel-telijk direkt volgend op het onderzoek in het Oosterscheldemodel. De leiding van het onderzoek lag bij drs.M. Karelse, die tevens dit rapport samenstelde.
2 Vooronderzoek
2.1 Pro to typegegevens
De Noordzuid-tak van de Oosterschelde kenmerkt zich momenteel door een brede diepe geul door Keeten, Mastgat en Zype, een groot platengebied in de Krammer ter plaatse van de toekomstige Philipsdam en een relatief smalle diepe geul in de Krabbenkreek met brede bij eb droogvallende platen en schorren (zie fi-guur 1 en 2). In fifi-guur 2 wordt de schematisatie van de Krabbenkreek gegeven, zoals deze in getijberekeningen gebruikt wordt. Geometriegegevens over het tra-jekt Keeten-Philipsdam zijn te vinden in rapport M 896-27 (ref. 2). De geo-metrie van het beschouwde getijgebied doet vermoeden dat de verspreiding van het zoete water, dat bij de Philipsdam geinjekteerd wordt, behalve door het schuifspanningseffekt en de invloed van dichtheidsverschillen ook afhankelijk zal zijn van geul-/plaateffekten en effekten van de dwarsstroom bij het split-singspunt Zype-Krabbenkreek.
De in deze Noordzuid-tak in de toekomst optredende getijbeweging kan momenteel voorspeld worden door een ééndimensionale numerieke berekening (Implic) uit te voeren of door een meting uit te voeren in het Oosterscheldegetijmodel. De ge-meten waterstanden en debieten in het Oosterscheldemodel zijn maatgevend voor het uitgevoerde getijgootonderzoek. In figuur 3 zijn op diverse plaatsen in het Oosterscheldemodel de waterstanden weergegeven voor de situatie met klein respektievelijk groot getij. In figuur 4 is voor drie plaatsen de debietcurve aangegeven zoals deze uit een kombergingsberekening volgt. Vooral bij het kleine getij zijn in de debietcurve in elke vloed- en ebfase drie relatieve maxima respektievelijk minima te ontdekken. Omdat de afstand Keeten-Philipsdam klein is ten opzichte van de lengte van de getijgolf (orde 3% van de getijgolflengte) volgt uit de kombergingsberekening dat:
- de stroomkenteringen plaatsvinden op die tijdstippen dat het hoog- of laag-water is
- er geen faseverschillen optreden tussen de stromen in beide takken (Mastgat en Krabbenkreek).
2.2 Philipsdamonderzoek in de getijgoot
In rapport M 896-27 (ref. 2) is verslag gedaan van het reeds verrichte getij-gootonderzoek naar de zouttoestand op de Noordzuid-tak van de Oosterschelde
ge-schematiseerd vertrokken model, met rechthoekige dwarsdoorsnede, van het proto-type aangebracht. De snelheden in de geulen Keeten, Mastgat en Zype zijn zo goed mogelijk weergegeven, evenals de verhouding van de debieten ter plaatse van het splitsingspunt Mastgat/Krabbenkreek. Van de Krabbenkreek werd alleen het kombergend oppervlak weergegeven. Echter dit werd als konstant in de tijd weergegeven, terwijl dit in werkelijkheid sterk varieert gedurende het getij
(droogvallende platen - zie tabel 2 uit M 896-27 en figuur 2). Maatgevend bij dit onderzoek was de zouttoestand in de hoofdgeul van Keeten naar de Philips-dam en niet de zouttoestand in de Krabbenkreek. De metingen zijn uitgevoerd bij nog niet ingespeelde zouttoestand op de Krabbenkreek.
Er werden 5 proeven uitgevoerd, uitgaande van een sinusvormig vertikaal zee-getij, om de gevoeligheid van de zoutverdeling voor
- het vertikale getijverschil in het bereik 2,30-3,00 m - de rivierafvoer in het bereik 15-30 m /s
- het ingestelde dichtheidsverschil in het bereik 18-26 kg/m - de initiële menging bij de rivierrand
te onderzoeken.
De resultaten zijn weergegeven in de figuren van rapport M 896-27, waarbij op-gemerkt moet worden dat enige onjuistheden in het rapport aanwezig zijn:
figuur 9 heeft betrekking op proef 4 (in plaats van op proef 2) figuur 11 heeft betrekking op proef 2 (in plaats van op proef 4).
In al de uitgevoerde proeven was er sprake van een vertikale gelaagdheid, waar-bij er geen scherp grensvlak aanwezig was,behalve in het geval dat de initiële menging nabij de Philipsdam zeer klein was. In dit geval was er wel sprake van een scherpe overgang tussen een dunne zoete of brakke bovenlaag en een vrijwel homogeen zoute onderlaag (zie figuur 12 uit ref 2).
In dit onderzoek vindt men dat hoe kleiner het zeegetij is en hoe groter het ingestelde dichtheidsverschil des te groter de vertikale gelaagdheid is en ervan uitgaande dat de invloed van Ap-effekten dan ook des te groter is, wordt de in de inleiding gegeven verwachting enigszins bevestigd:
hoe groter het Ap-effekt des te groter is het relatieve zoutgehalte (c/ c ) max nabij de Philipsdam en in de Krabbenkreek en des te kleiner is de relatieve gradiënt d max
dx
waarin: x : lengterichting
c : koncentratie (gemiddeld over de vertikaal en de getijperiode) c : maximale koncentratie.
2.3 Krabbenkreekonderzoek in de getijgoot
In de getijgoot was het slechts mogelijk een sterk geschematiseerd model van het trajekt Keeten-Philipsdam en de Krabbenkreek aan te brengen. Natuurmetingen in de momenteel aanwezige noordelijke Oosterscheldetak (van Keeten tot Volkerak-dam) konden daarom niet als ijking van het model gebruikt worden. Als referen-tie voor het getijgootonderzoek fungeert daarom de Rhodamineproef in het Oos-ters cheldemodel met Philipsdam en kleine doorlaatopening (geen dichtheidsver-schillen).
Het Oosterscheldemodel is ten aanzien van de koncentratieverdeling bij de hui-dige vormgeving vergeleken met prototypegegevens, waarbij op het Volkerak signifikante verschillen optraden die verklaard moeten worden uit de invloed van dxchtheidsverschillen (ref. ] ) , Uit bovenstaande volgt dat men slechts met grote voorzichtigheid uit het onderzoek in het getijgootmodel konklusies voor het prototype mag trekken.
Uit het getijgootonderzoek, met en zonder dichtheidsverschil, moet blijken hoe sterk de invloed van dichtheidseffekten is. In het voorgaande zogenaamde Phi-lipsdamonderzoek (zie ref. 2) varieerde het dichtheidsverschil tussen 18 en
3
26 kg/m , terwijl ten behoeve van de aansluiting met het onderzoek in het Oosterscheldemodel (Ap = 0) variatie van 0 tot 20 kg/m gewenst is. De merk-waardige vorm van het horizontale getij ter plaatse van het splitsingspunt Mastgat/Krabbenkreek kan voorts van invloed op de zouttoestand zijn.
Een kwalitatieve aanduiding van het verschil tussen een proef met en zonder dichtheidseffekten is het volgende:
a. Voor het geval dat er geen getijbeweging is en de rivierafvoer klein is zal als er geen dichtheidsverschillen aanwezig zijn de verblijftijd van het geloosde water in de goot erg lang zijn. Stel dat het geloosde water merkt wordt door een Rhodaminegehalte van 100%, terwijl het zeewater geken-merkt wordt door een Rhodaminegehalte van 0%.
ZEE
r/c r- ^ 1 100'A
c/cmax
In de evenwichtssituatie zal er een koncentratieverdeling ontstaan als in bovenstaande figuur geschetst:
in een groot deel van de goot is de koncentratie erg groot, dichtbij de zee moet de koncentratie naar nul gaan, aannemend dat voor de mond van de goot het zeewater steeds ververst wordt. De moleculaire diffusie zorgt ervoor dat de koncentratie geleidelijk oploopt van 0-100%. Omdat deze diffusie zo klein is kan de longitudinale koncentratiegradi'ént groot zijn.
Zijn er wel dichtheidsverschillen tussen zeewater en geloosd water en wordt de initiële menging klein gehouden dan wordt de verblijftijd van het geloos-de water in geloos-de goot aanmerkelijk korter omdat geloos-de dichtheidsverschillen het geloosde zoete water als een dunne bovenlaag naar zee laten afstromen. Dit betekent c = ac waarbij a naar 1 nadert als het geloosde debiet erg klein is.
b. Voor het geval dat de getijbeweging erg groot is zal de verblijftijd van het geloosde water in de goot kort zijn. Neem het extreme geval dat aan het eind van de ebperiode de goot droog valt. In dat geval is de verblijftijd van het geloosde water kleiner dan de getijperiode. Aannemend dat er steeds nieuw zeewater de goot binnenkomt tijdens de vloedperiode betekent dit dat onafhankelijk van de al of niet aanwezige dichtheidseffekten de koncentratie nadert naar de zeekoncentratie (getijgemiddeld gezien) c -*• c
c. Voor het geval van een getijbeweging als in dit onderzoek geldt, dat als - er geen dichtheidseffekten aanwezig zijn het zoetgehalte, vanwege het
na-bij de dam erg klein zijn van de getij snelheden, nana-bij de dam nagenoeg maximaal zal zijn (gelijk aan zoetgehalte rivierwater)
- er wel dichtheidsverschillen zijn de gravitatiecirculatie zeewater naar het schot voert, terwijl de zoete bovenlaag naar zee wordt afgevoerd. In de evenwichtssituatie zal er een zoutkoncentratie bij de dam ontstaan
c = bc , waarbij b afhangt van de verhouding van de afvoer van zoet water tot de aanvoer van zout water.
In figuur 5a is een kwalitatief beeld gegeven van het verloop van de koncen-tratie nabij de dam als funktie van de grootte van de getijbeweging uitge-drukt in de verhouding van de(maximale gootinhoud-minimale gootinhoud) (bij hoogwater respektievelijk laagwater) ten opzichte van de maximale inhoud. In figuur b is uitgaande van figuur a kwalitatief aangegeven hoe op een ander punt in de goot het getijgemiddelde zoutgehalte zal zijn. Dit betekent dat er bij de gegeven getijbeweging, bij de dam en dichtbij de dam een groot verschil in koncentratie zal zijn voor het geval met en zonder dichtheids-verschillen en dat dit verschil met toenemende afstand tot de dam kleiner wordt.
3 Beschrijving van het onderzoek
3.1 De getijgoot (zie figuur 6)
De proeven voor dit onderzoek werden uitgevoerd in een gedeelte van de getij-goot en een op de getijgetij-goot aangesloten havenbekken.
De getijgoot heeft een lengte van ruim 100 m en een rechthoekige doorsnede met een breedte van 0,672 m. Het havenbekken heeft een lengte van 10 m en eveneens een rechthoekige doorsnede roet een breedte van 0,60 m.
De maximaal toelaatbare waterdiepte in goot en havenbekken samen bedraagt 0,30 m. De bodem van goot en havenbekken ligt horizontaal (beiden op hetzelfde niveau).
Aan het benedenstroomse einde is de goot verbonden met een zeebasin, waarvan de lengte-, breedte- en diepte-afmetingen 8, 6 en 1,5 m bedragen. Het vertikale getij (waterstanden) in het zeebasin wordt geregeld met behulp van een regel-klep.
De dichtheid in het zeebasin wordt konstant gehouden door middel van pekel-injektie. De temperatuur van het zoete rivierwater, dat ter plaatse van de Philipsdam ingebracht wordt, wordt aangepast aan de temperatuur van het zee-water ,
Voor een meer uitgebreide beschrijving van de getijgoot wordt verwezen naar rapport M 896-2: Ontwerp getijgoot (ref. 3).
Bij de gekozen schematisatie en schalen van dit onderzoek werd slechts ge-bruik gemaakt van een gedeelte van de getijgoot met aangesloten havenbekken
(zie figuur 7 ) , dat de Krabbenkreek moet weergeven.
De bovenstroomse rand, de Philipsdam, kwam op 25 m van de zeerand te liggen. Ter simulatie van de zoetwaterbelasting bij het schutten van schepen werd aan deze bovenrand een konstant zoetwaterdebiet (Q . ) ingebracht met een slange-tje. Het midden van de haventoegang is gekozen op 15 m van de zeerand.
Er zijn twee meetwagens gebruikt om koncentraties (en snelheden) in de goot te meten met op deze meetwagens bevestigde instrumenten; een derde meetwagen is gebruikt om in de Krabbenkreek metingen te verrichten.
3.2 Schematisatie van het prototype
Een overzicht van de geometrie van het prototype is weergegeven in figuur 1. Om onderzoek van dit prototype te kunnen uitvoeren in de getijgoot is het
noodzakelijk een sterke schematisatie toe te passen. Hiertoe is het gebied op-gesplitst in drie takken:
Tak I : Keeten en Mastgat tot aan de Krabbenkreek Tak II : van de Krabbenkreek tot aan de Philipsdam Tak III: de Krabbenkreek.
Voor het trajekt Keeten-Philipsdatn werd uitgegaan van dezelfde gegevens als vermeld in rapport M 896-27, zodat wat betreft de takken I en II de
schemati-satie nagenoeg hetzelfde is:
- de middenstand is in tak I en II konstant (h = 10,8 m)
- de snelheden in tak I en II moeten goed gereproduceerd worden zodat
- de verhouding tussen de gemiddelde breedte van tak I en II juist moet zijn: bI/ bI I = 4/3
- de verhouding tussen het bergend oppervlak van de takken II en III juist moet zijn: B ^ / B ^ ^ . = 3/4
- de snelheden ter plaatse van de in- en uitstroming van de Krabbenkreek moeten zo goed mogelijk gereproduceerd worden.
Dan moet behalve de verhouding van de debieten ook de verhouding van de door-stroomprofielen juist zijn:
Doorstroomprofiel tak III 2 , . Q n c _....
?; z —e•" v — ~ i — T T ~ = T: (zle M 896-27).
Doorstrooraprofiel tak II 9
Uit de verhoudingen van de breedtes van de takken I en II en tak III ter plaatse van de uitstroming en de gegeven breedte van de getijgoot ter plaatse van tak I
(b = 0,672 m) volgt dan
- breedte tak I = 0,672 m model
- breedte tak II = 3/4 x 0,672 = 0,503 m ter plaatse van splitsingspunt - breedte tak III = 2/9 x 0,503 = 0,112 m ter plaatse van splitsingspunt.
Voor de horizontale schaal is gekozen nT = 600.
Voor de vertikale schaal is gekozen n. = 50.
Deze keuze van de schalen betekent dat de lengte- en breedteschaal verschil-lend zijn.
n, = 2200 (zie M 896-27) b
De Krabbenkreek werd via een geul-/plaatschematisatie in het havenbekken weer-gegeven (zie figuur 7 ) . De breedte van de geul was 0,15 m en het niveau van de platen lag op NAP +0,6 m (zie figuur 2 ) .
Het havenbekken + haventoegang had een maximaal kombergend oppervlak van 2 2
B = 6,2 m . Dit betekent voor tak II dat B = 4,7 m , zodat de gemiddelde breedte van tak II 47 cm moest worden; dit werd verkregen door de breedte
lineair te laten afnemen van 50,3 cm bij het splitsingspunt tot 43,5 cm bij de bovenstroomse rand.
3.3 Schalen, goot- en randinstellingen en beginkondities
Schalen Horizontale lengteschaal Horizontale breedteschaal Vertikale lengteschaal Dichtheidsschaal Snelheidsschaal Tijdschaal nT = nh = nh = nn = nn = 600 2200 50
1
n.+^ = 7,07 _ i nT /n = nT n, 2 = 84,85 L uL h
Goot- en randinstellingen Vast gemiddelde waterdiepte h Chëzy-waarde C type ruwheidaantal ruwheidselelementen per 2 m model lengte tak I + II
breedte tak I b. breedte tak II b breedte tak III t.p.v. in- en
uit-stroming prototype 10,8 m 60 m^/s 15 km 1480 m 1110 m 246 m model 0,216 m • 17,3 m*/s staafjes 43 25 m 0,672 0,503-0,465 m 0,112 m
Goot- en randinstellingen
Variabel
getij + getijverschil: - klein getij M 1450 2ao - groot getij M 1450 2aQ dichtheidsverschil Apmax
luchtdebiet Q. rivierafvoer Q .initiële menging
prototype 2,30 m 3,00 m 23 kg/m3 18 kg/m3 7 kg/m3 0 kg/m3 25 m3/ s >) 15 mJ/ s model 0,046 m 0,060 m 23 kg/m 18 kg/m3 7 kg/m 0 0 cc/m s 2 20 cc/m s 0,0321 l/s 0,0192 l/swel
niet
Bij de opzet van het onderzoek is rekening gehouden met de mogelijkheid om naast bovenvermelde variaties ook de toegang tot de Krabbenkreek en de geul-/ plaatschematisatie te variëren, doch deze varianten zijn naar aanleiding van de eerste meetresultaten niet uitgevoerd.
Beginkondities
De rivierafvoer Q . is zodanig klein dat het een lange tijd kan duren voor-dat de zoutverdeling, bij gelijkblijvende rand- en gootkondities per getij, niet meer verandert. Het was daarom belangrijk een zo goed mogelijke begin-konditie aan te brengen, vooral in tak III waar slechts vanaf het
splitsings-punt water binnenkomt.
Een goede beginkonditie werd verkregen door uit te gaan van een model geheel gevuld met zout water waar afhankelijk van de geschatte ingespeelde koncentra-tieverdeling een hoeveelheid zoet water in tak II en III gebracht wordt. Dit inbrengen van zoet water gebeurde met zo min mogelijk menging met modelwater (via drijfschot). In de Rhodamineproef (Ap = 0) is uitgegaan van modelwater met een zekere geschatte koncentratie als uitgangspunt en lozing van een
ge-schatte hoeveelheid water met de maximale Rhodaminekoncentratie in tak II en III.
3.4 Proevenprogramma
Aanvankelijk is er uitgegaan van de instelling van een zo gelaagd mogelijke stroming (invloed dichtheidsversch.illen zo groot mogelijk). De initiële menging van het bij het schot ingebrachte water moest daartoe zo klein mogelijk gehouden worden (dit werd bereikt door, door middel van een drijvend schot, het zoete water voorzichtig in de bovenlaag te brengen). Op grond van de meetresultaten werd
in de loop van het onderzoek besloten een meer gemengde proef als referentie van het zout-zoet gedeelte van het onderzoek te kiezen (de grotere gemengdheid werd daarbij bereikt door luchtbelleninjektie vanaf de bodem en initiële
menging bij de zoetwaterlozing).
De referentieproef uit dit onderzoek is proef T7B,gekenmerkt door:
reëel vertikaal getij met getijperiode T = 12.25 uur en met 2a = 2,30 m
3 °
dichtheidsverschil : Ap = 2 3 kg/m max « rivierafvoer : QT, . = 25 m /s Riv 2 luchtdebiet : Q = 2 0 cc/m smet initiële menging.
Voor de vaste goot- en randinstellingen zie paragraaf 3.3.
In het hiernavolgende proevenprogramma is bij elke proef slechts vermeld in welk opzicht deze proef afwijkt van de bovenvermelde referentieproef.
Proef T0 T3 T4 T5 T6 T7 T7A T7B
T8
T9 T10 Vertikaal getij T = 24.50 uur T =24.50 uur 2a = 3 m 0 2a = 3 m o Ap max (kg/m3) 7 0 7 18 riv (m3/s) 15 (cc/ra s)0
0 0 150
Initiële menging geen geen geen geen Bij zonderheden Rhodamineproef sluit aan op M 896-27 REFERENTIEMeetprogramma
In deze proeven is de waterstand gemeten in de stations 1 t/m 6 en in de haven ter plaatse van station IQ (zie figuur 6).
In de proeven TO en T3 (T = 24.50 uur) zijn de snelheden (met mikromolens) en de dichtheden (met geleidbaarheidsmeters) gemeten in de stations 1, 3 t/m 5 en 7 t/m 10. Per vertikaal is gemeten in 9 punten te weten op 1/10, 2/10 .... 8/10 en 9/10 van de maximale waterdiepte (h + a » 24 cm). Dit betekent dat de boven-ste meetpunten gedurende een deel van het getij droog vallen.
In de overige zout-zoetproeven zijn alleen dichtheden gemeten doch wel in 10 stations. De snelheden waren zodanig klein dat ze slechts gedurende een beperkt deel van de getijperiode groter dan de aanloopsnelheid van de mikromolen
(2| cm/s) uitkwamen. Wel is in de mond van de goot met een turbinemeter op di-verse plaatsen in de vertikaal de snelheid gemeten (aanloopsnelheid < 1,5 cm/s). Per meetpunt werd het verloop van de dichtheid gedurende een getij cyclus ge-meten op 25 diskrete tijdstippen dat wil zeggen elk half uur in het prototype. De dichtheden werden bemonsterd en verwerkt via het geautomatiseerde gegevens-verwerkingssysteem van de getijgoot. Het inspeelgedrag van de proeven werd ge-volgd via uitgeschreven signalen van 9 geleidbaarheidssystemen (6 in goot, 3 in havenbekken)•
Voor de Rhodamineproef T5 zijn 4 fluorometers gebruikt om de Rhodaminekoncen-traties in 10 stations en in 3 punten per vertikaal te meten. Ook deze signalen werden kontinu gevolgd via schrijvers en tijdens de meting verwerkt via het gegevensverwerking s sys teem.
4 Resultaten van het onderzoek
Alle tijdens de metingen gemeten grootheden zijn in tabelvorm beschikbaar ge-komen. Alle tijdens het inspelen gemeten grootheden zijn in grafiekvorm op de schrijvenrollen aanwezig. Uit de grote hoeveelheid gegevens moet een selektie gemaakt worden, zodanig dat het met de geselekteerde meetresultaten mogelijk is konklusies te trekken.
4.1 Vertikale getijbeweging
De in het Oosterscheldemodel bij Stavenisse gemeten vertikale getijbeweging is gebruikt als zeerandregeling in de getij goot. Reeds tijdens de inregeling van het getij bleek dat het in de goot optredende getij onregelmatiger was dan het in het Oosterschelde gemeten vertikale getij. De grootste onregelmatig-heden in het vertikale getij werden geëlimineerd door aanpassing van het in-gestelde zeegetij. In figuur 8 en 9 zijn de getijcurven uit Oosterscheldemodel en de getijgoot vergeleken. Het verschil in middenstand in de Krabbenkreek kan verklaard worden doordat de wavo in station 10 geplaatst was op de houten plaatbakken (zie figuur 7), die na de ijking onder invloed van het water nog verder uitgezet zijn. Bovendien is er nog een verschil in meetplaats (getij-goot: eind Krabbenkreek, Oosterscheldemodel midden Krabbenkreek).
De vorm van de getij curven toont aan dat in de getijgoot de afwijking van het M„-getij groter is dan in het Oosterscheldemodel. Bij Fourier-analyse van het vertikale getij van 24.50 uur in het Zype blijkt dat er 12 Fourier-komponenten nodig zijn om het getij in het Oosterscheldemodel redelijk te beschrijven
(dat wil zeggen met standaarddeviatie < 1%) terwijl er 14 komponenten nodig zijn voor het getij in de getijgoot. Dit verschil kan verklaard worden uit het verschil in geometrie. De periode van de ftL ,-komponent is zodanig dat de goot-lengte ~ resonantiegoot-lengte Lo (1/4 T /gh). In het Oosterscheldemodel varieert daarentegen de diepte sterk met de plaats en is er geen sprake van vertikale wanden waardoor een resonantie-effekt minder sterk optreedt. In de figuren
10 en II is de waterstand weergegeven voor de referentieproef.
4.2 Horizontale getijbeweging
Een turbinemeter (aanloopsnelheid orde 1 cm/s) werd in de mond van de getij-goot geplaatst om op diverse plaatsen in de vertikaal snelheden te meten. In figuur 12 is voor twee proeven de vorm van de gemeten curve weergegeven voor
twee verschillende getijden om een idee te geven van de reproduceerbaarheid. De vorm van de snelheid is weergegeven voor snelheden groter dan 1,5 cm/s. Aan de rechterzijde van de figuur is de debietschaal aangegeven die verkregen wordt door de snelheid met de dwarsdoorsnede en de debietschaal te vermenig-vuldigen.
Met een eendimensionaal numeriek netwerkprogramma (NEBAS, zie appendix 1) is de getijbeweging berekend voor het getijgootmodel, de resultaten zijn weerge-geven in figuur 13. Vergelijking van de in de mond van de goot gemeten en berekende debietcurven geeft, dat:
- vorm globaal hetzelfde is. Bij het kleine getij zijn er in eb- en vloedfase drie pieken te ontdekken. Bij het groot getij zijn er 2 pieken in de eb-fase en twee of drie in de vloedeb-fase
- de maxima in orde van grootte hetzelfde zijn klein getij 4500 m3/s
3
groot getij 6500 m /s (eerste 12.5 uur, figuur 12).
In vergelijking met de debieten zoals die in het Oosterscheldemodel bij Sta-3
venisse gegeven worden (zie figuur 4): klein getij 6000 m /s 3 groot getij 8000 m /s zijn de debieten in de getijgoot 20 a 25% kleiner.
De oorzaak van dit verschil is dat in de getijgoot alleen de geulen gesche-matiseerd zijn weergegeven (en de komberging van de plaat gebieden niet, be-halve in de Krabbenkreek). In de geul van Keeten naar Philipsdam was in de getijgoot de stroomvoerende breedte gelijk aan de kombergende breedte. Uit tabel 2 van rapport M 896-27 volgt dat de maximale komberging van
tak II 8,5 106-2 tak III 12,7 106-2 is.
Uitgaande van de breedteschaal 2200 volgt voor de getijgoot tak II 6,2 106-2
tak III 8,2 106-2
wat gemiddeld 14,4/21,2 = 0,65 van de komberging in tak II en III is.
Voor de Krabbenkreek verschillen de berekende debietcurve van Oosterschelde-model en getijgoot onderling sterk.
Dit houdt verband met de sterke schematisatie van de Krabbenkreek in de getij-goot. De debieten gedurende de tijd dat de platen in de getijgoot droog vallen zijn erg klein. In tabel 1 zijn de eb- en vloedvolumen voor de getijgoot en het Oosterscheldemodel op diverse plaatsen gegeven. Uit de onderlinge verge-lijking volgt dat de volumina in het getijgootmodel 35% a 60% groter zouden
moeten zijn, hetgeen de uitkomst van de kombergingsvergelijking (50% groter) bevestigt.
4.3 Rhodamineproef T5
4.3.1 Uitvoering proef
Er waren 4 fluorometers beschikbaar, waarvan er 3 op de 3 meetwagens geplaatst werden en de vierde vast opgesteld was in station 1. Omdat de koncentratiever-schillen in de vertikaal klein waren is er slechts in drie punten in de verti-kaal gemeten (z = 6, 12 en 18 cm boven de bodem). Gemeten is met de doorstroom-methode.
Daar het een lange tijd duurde voor de koncentratieverdeling zijn evenwichts-situatie bereikte, werd een groot deel van de goot gebruikt als
voorraadreser-3
voir (inhoud 12 m ) voor het te lozen water met een Rhodaminekoncentratie van -11 3
ruim 500 E (E = 10 kg/m ).Dit water werd regelmatig rondgepompt om koncen-tratieverschillen te voorkomen; het reservoir werd afgeschermd tegen daglicht. De luchttemperatuur in de gootruimte varieerde tijdens de gehele proef slechts
in geringe mate (< 1°C).
Uitgaande van de in het M 1450-onderzoek gevonden koncentratieverdeling werd zo goed mogelijk een beginkonditie voor de Rhodamineverdeling gekozen:
- beginkoncentratie van de getijgootzee werd 20E
- direkt werd een grote hoeveelheid water uit het reservoir in het model ge-bracht.
Voor, tijdens en na de meting is een ijking van de fluorometers uitgevoerd. Daarnaast is diverse malen een monster uit het reservoir met te lozen water met elke meter doorgemeten. Op de resultaten van deze ijkingen en een nader onderzoek naar de nauwkeurigheid van de gebruikte fluorometers is in appendix 2 nader ingegaan.
4.3.2 Meetresultaten
In proef T5 werd in 4 meetpunten gedurende 230 getijden de koncentratie ge-registreerd op registratierollen. Daarnaast werden er 4 metingen uitgevoerd, waarvan de resultaten zijn weergegeven in tabel 2 (alleen getijgemiddelde Rhodaminegehalten). Als maximale koncentratie is 525E gekozen. In figuur 14 is het verloop van de koncentratie als funktie van de tijd weergegeven voor een drietal meetpunten. De evenwichtssituaties .blijkt sterk af te wijken van
de eindkoncentratie in de proef met het kleine getij uit het M 1450-onderzoek, zodat er een 200-tal getijden nodig waren om een "evenwichts"-koncentratie-verdeling te verkrijgen, De sprongen in het verloop liggen op die tijdstippen dat er van diafragmastand veranderd is (zie ook appendix 2).
Ter vergelijking van de Rhodaminemetingen met zoutmetingen wordt een lineair verband tussen Rhodaminekoncentratie en zoutgehalte verondersteld:
(c/c ) = 1 - (c/c ] \ max/^, , \ max/
\ /Rhod x ':
In plaats van het maximale zoutgehalte c wordt in de zout-zoetproeven het
ÏTLclX
zoutgehalte van het zeereservoir als referentie gebruikt. Omdat het Rhodamine-gehalte van het zeewater 4% is volgt voor proef T5
(
c} = 0,96 fc \
\ zee) ^ * V max/ \ /zout \ /zout
In figuur 15 zijn de aldus uit de gemeten Rhodaminekoncentraties berekende zoutgehalten uitgezet als funktie van de plaats. Naast de getijgemiddelde waarden zijn ook de maximale en minimale waarden uitgezet. In de Krabbenkreek en op het trajekt Zype-Philipsdam blijkt het zoutgehalte weinig met het getij te verlopen. Het zoutgehalte op het splitsingspunt Zype-Krabbenkreek ië nage-noeg gelijk aan het zoutgehalte in de Krabbenkreek c/c = 0,365.
4.3.3 Vergelijking met het M 1450-onderzoek
In het M 1450-onderzoek (ref. 1) werd in de Krabbenkreek, via een omrekening als in paragraaf 4.3.2 geschetst, de volgende zoutkoncentratie gevonden bij klein getij (2a = 2,30 m) c/c = 0,65 a 0,70
bij groot getij (2a = 3,00 m) c/c = 0,73 a 0,78 O 2tc
waarbij:
c : zoutkoncentratie in de mond van het Keeten zee
ii k l e i n g e t i^; czee = °'96 Cmax b i j g r o o t geti;i
Het verschil in de uitkomsten voor het kleine getij uit Oosterscheldemodel en uit de getijgoot moet verklaard worden uit het verschil in geometrie.
Krabbenkreek zijn de plaatgebieden niet in rekening gebracht. Dit betekent dat het kombergend oppervlak bepaald wordt door de breedte van de geul, terwijl in het Oosterscheldemodel het kombergend oppervlak bepaald wordt door de breedte van de geul en de breedte van de plaatgebieden. In vergelijking met het M 1450-onderzoek blijken de getijdebieten en de getijvolumen kleiner te zijn in de getijgoot (zie tabel 1 en paragraaf 4.2). Wat orde van grootte betreft moet daarbij gedacht worden aan getijvolumina die een faktor 1,3 groter zijn. Uit-gedrukt in de parameter G uit figuur 5 die de grootte van het getij aanduidt
/g a model inhoud bij HW-mo del inhoud bij LW..
modelinhoud bij HW '
klein getij:Oosterscheldemodel G = 0,25, getijgoot G = 0,19 groot getij:Oosterscheldemodel G = 0,31, getijgoot G = 0,245.
Kwalitatief volgt uit figuur 5 dat voor Ap = 0 in de Krabbenkreek (x =j= 0) geldt: verschil in koncentratie in getijgoot en Oosterscheldemodel bij klein getij * verschil in koncentratie bij klein en groot getij in het Oosterscheldemodel. Dit zou betekenen dat van het gemeten verschil tussen getijgoot en Oosterschelde-model 1/3 deel verklaard wordt.
Om kwantitatief de grootte van dit verschil te benaderen zijn numerieke diffu-sieberekeningen uitgevoerd uitgaande van de schematisatie van het getijgoot-model. Een nadere toelichting van het gebruikte eendimensionale numerieke model is gegeven in appendix 1. Proef T5 is als referentie voor deze berekening ge-bruikt om de berekende koncentratieverdeling te ijken (dat wil zeggen de grootte van de dispersieparameter bepalen). Vervolgens is een dispersiebere-kening uitgevoerd met een horizontaal getij dat ongeveer een faktor 1,5 groter is waarbij dezelfde dispersievergelijking gebruikt is:D = 12 uh (zodat de dis-persie toeneemt omdat de snelheid toeneemt). Uit vergelijking van de voor beide gevallen berekende zoutgehalten in de Krabbenkreek (zie figuur 16) volgt als maat voor het schematisatie-effekt, dat vergroting van het horizontaal getij
in het getijgootmodel tot een orde van grootte vergelijkbaar met het horizontale getij in het Oosterscheldemodel het zoutgehalte in de Krabbenkreek met een fak-tor 1,3 doet stijgen. Dit betekent dat c/c x 0,5 zou moeten zijn, terwijl in dat Oosterscheldemodel c/c = 0,65 a 0,7 gevonden is. Hieruit volgt dat slechts een gedeelte van het verschil in de, in de Krabbenkreek gemeten, zout-gehalten in beide modellen verklaard kan worden uit de te kleine snelheden in de getijgoot. Een belangrijk ander effekt dat dit verschil kan veroorzaken is het niet in het getijgootmodel aanwezig zijn van plaatgebieden op het trajekt Keeten-Philipsdam: geul-/plaateffekten vergroten naar verwachting de dispersie,
zodat een hoger zoutgehalte op het splitsingspunt en dus ook in de Krabbenkreek zal optreden. Daarnaast is de mond van de Krabbenkreek in het getijgootmodel
veel te smal vanwege het verschil in lengte- en breedteschaal,
4.3.4 Konklusies
- De Rhodaminemetingen uit wat randkondities betreft vergelijkbare proeven in het getijgootmodel en het Oosterscheldemodel leveren een groot verschil in zoutgehalte voor de Krabbenkreek op.
- Een deel van dit verschil kan verklaard worden uit de relatief te kleine snelheden in het getijgootmodel, zoals uit numerieke diffusieberekeningen blijkt.
Het resterend verschil moet volgen uit de afwezigheid in het getijgootmodel van geul-/plaateffekten op het trajekt Keeten-Philipsdaoi.
4.4 Gelaagde zoufzoetproeven
Als uitgangssituatie is een proef met een getij van 24.5Q uur uit het Ooster-scheldemodel (2a w 2,30 m) gekozen, waarbij het zoete water bij de dam via een schot voorzichtig op het zoute modelwater geloosd werd om een zo gelaagd mogelijke stroming te verkrijgen, zodat naar verwachting de Ap-effekten de grootst mogelijke invloed hadden.
4.4.1 Inspeelgedrag
In de eerste proef van dit onderzoek, proef T0, is de zouttoestand gedurende bijna 100 getijden van 18 minuten gevolgd in 3 stations en in elk station in drie punten van de vertikaal om een zo goed mogelijk inzicht in het inspeel-gedrag te krijgen. Dit laatste was nodig om te kunnen overzien wanneer een meting beëindigd kan worden, zodanig dat de volledig ingespeelde zouttoestand voorspeld kan worden. Tijdens deze proef zijn twee volledige metingen uitge-voerd (dat wil zeggen alle meetpunten zijn bemonsterd) namelijk
proef T0 van het 18 t/m 28e getij proef TOA van het 87 t/m 97e getij.
In de figuren 17 en 18 is de zouttoestand in proef T0 weergegeven via het ver-loop van het zoutgehalte met de tijd in de drie bovenste meetpunten. Het boven-ste meetpunt (y = 9 Ay) valt gedurende een groot deel van het getij droog, zodat slechts een klein deel van de getij curve aanwezig is. In de figuren 19 en 20 is de zouttoestand in proef TOA weergegeven.
- een bovenlaag met een dikte van 2 & 3 cm en een laag zoutgehalte - een onderlaag met zeewater variërend in dikte rond de 20 cm.
Het bovenstaande blijkt uit de figuren 18 t/m 20, immers in punt y = 7 Ay wordt gedurende het gehele getij een hoog zoutgehalte gemeten, terwijl in het meet-punt y - 8 Ay bij hoogwater zeewater gemeten wordt en bij laagwater water uit de bovenlaag het zoutgehalte sterk laat zakken in dit meetpunt.
De zout~2oetproeven zijn steeds zo ingesteld via een aangebrachte beginkondi-tie dat het zoutgehalte in de Krabbenkreek steeds met de tijd toeneemt.
In figuur 20 is dat zichtbaar door het toenemen van het zoutgehalte in het punt y = 8 Ay.
Het in de meting bepaalde zoutgehalte in de Krabbenkreek is dus een beneden-grens van de waarde die in de evenwichtssituatie in de betreffende proef be-reikt wordt.
Uit vergelijking van de resultaten uit proef T0 en TOA (zie figuren 17 t/m 20) volgt dat de zoutgehalte in de punten y - Ay t/m 7 Ay weinig veranderen, be-halve echter in station l (doch deze verandering wordt hoofdzakelijk veroor-zaakt doordat de zeedichtheid opgelopen is in de loop van de tijd van 1022,8 in T0 naar 1023,5 in TOA).
De zoutgehalten in de posities y x 8 Ay veranderen wel tijdens de laagwater-periode. Dit is weergegeven in figuur 22. Het verloop van de minimum waarde van het zoutgehalte in punt y = 8 Ay In de Krabbenkreek verloopt zeer langzaam naar zijn eindtoestand. Op grond van dit resultaat is in de proeven T3 en T4 als beginkonditie de helft van de in proef T0 geloosde hoeveelheid zoet water gekozen.
De fluktuaties in de minimum waarden van het zoutgehalte in de positie y = 8 Ay (8 Ay - 0,5) cm en (8 Ay - 1) cm in de stations 1 en 7 duiden de gevoeligheid aan van deze bepalingswijzen. Uitgedrukt in over de vertikaal gemiddelde zout-gehalten maken deze fluktuaties weinig uit (< 1%).
Op grond van dit inspeelgedrag en uitgaande van een beter gekozen beginkonditie is besloten dat de overige proeven na ongeveer 25 getijden van 18 minuten (of 50 getijden van 9 minuten) uitgevoerd konden worden. Uit het verloop van het zoutgehalte in station 10 in positie 8 Ay bleek dat er inderdaad binnen deze termijn zinvol gemeten kan worden,
4.4.2 Meetresultaten
punten in de vertikaal als funktie van de tijd, Op 7 Ay boven de bodem is het zoutgehalte nagenoeg gelijk aan het zeezoutgehalte. Op positie 8 Ay boven de bodem daarentegen is dit slechts zo tijdens de HW-fase, tijdens LW daalt het zoutgehalte sterk in de goot zelf. Dit is ook aangegeven in tabel 3, waar de getij gemiddelde waarden voor positie Ay en 8 Ay zijn weergegeven en ook de minimum waarden in 8 Ayt Meetpositie 9 Ay valt gedurende een groot deel van het getij droog.
Uit de snelle daling van het zoutgehalte in de ebfase en de snelle stijging van het zoutgehalte in de vloedfase in positie 8 Ay volgt dat in de goot zelf de
stroming erg gelaagd is: een dunne bovenlaag van 2 a 3 cm gaat via een dunne grenslaag over in een dikke onderlaag die in het getij rond de 20 cm fluktueert. In figuur 20 blijkt echter dat in de haven er geen gelaagdheid aanwezig is, dat wil zeggen een gelaagde stroming in de goot gaat gepaard met een gemengde haven (simulatie Krabbenkreek).
Dezelfde tendensen als hierboven voor TOA geschetst worden ook gevonden in de andere gelaagde proeven
-T3 met een groot getij (zie figuur 23 en 24)
3 -T4 met een klein getij doch een dichtheidsverschil van slechts 7 kg/m (zie
figuur 25).
Neemt men het over de vertikaal en over de getijperiode gemiddelde zoutgehalte in de haven als karakteristieke waarde dan volgt dat (bij middeling over 3 sta-tions) in de Krabbenkreek: proef T0 c/c =0,93
^ J zee.
T3 c/c = 0,945 zee T4 c/c = 0,93 ' zee ' waarbij: c zoutgehalte in zeebasin is zeemiddeling over getij periode weergeeft middeling over vertikaal weergeeft
4.4.3 Konklusies
Uit de gelaagde zout-zoetproeven in het getijgootmodel volgt:
- ondanks de eventueel op het trajekt Keeten-Philipsdam aanwezige gelaagde stroming wordt de Krabbenkreek uiteindelijk zeer gemengd. Dit wordt veroor-zaakt door de gravitatiecirculatie en de geul-/plaateffekten. Het totale volume tijdens HW boven de platen aanwezige water wordt voor het tijdstip van LW uit de Krabbenkreek verwijderd, gedeeltelijk via de platen zelf en
gedeeltelijk via de geul. De gravitatiecirculatie zorgt ervoor dat er netto langs de bodem zout naar binnen gaat dat uiteindelijk via vertikale opmenging in de bovenlaag terecht komt en weer netto in de bovenlaag afgevoerd wordt. Netto gaat er per getij langs het oppervlak water uit, zodat de Krabbenkreek steeds zouter wordt (daar het zoete water niet aangevuld wordt via een rivier-afvoer) .
- het zoutgehalte in de Krabbenkreek wordt bepaald door het zoutgehalte nabij de bodem op het splitsingspunt.
- de dichtheidseffekten blijken uit vergelijking met de Rhodamineproef T5 erg groot te zijn
TO en T4: o/czee - 0,93
T3 : ?/c
zee= 0,945 ^ + °
T5 : c/czee = 0,365 Ap = 0- in het prototype zal de gelaagdheid minder groot zijn dan in het model ge-meten.
In verband hiermede is het onderzoek voortgezet met meer gemengde proeven, die wat gelaagdheid betreft beter overeenkomen, met het prototype.
4.5 Gemengde zout~zoetproeven
4.5.1 Maatgevende prototypegegevens
De zouttoestand in de huidige noordelijke tak van de Oosterschelde is weerge-geven voor enkele metingen in figuur 26 welke geweerge-gevens reeds eerder in rapport M 896-25 gepubliceerd zijn. Uit de getekende isohalinen blijkt dat de gelaagd-heid varieert met het getij, bij LW is de gelaagdgelaagd-heid het grootst. Met toe-nemende afstand tot de Volkerakdam neemt de gelaagdheid af. Op een afstand minder dan 5 km van de dam af is naar schatting het verschil tussen het zoutge-halte aan bodem en wateroppervlak ten opzichte van waarde aan de bodem groter dan 10% (gemiddeld over het getij). Uit de metingen blijkt er een longitudi-nale gradiënt aanwezig te zijn.
Omdat het getij in de toekomstige noordelijke tak van de Oosterschelde gere-duceerd wordt in vergelijking met de huidige situatie mag verondersteld worden dat op vergelijkbare afstand van de dam (Philipsdam in plaats van Volkerakdam) de vertikale gelaagdheid groter zal zijn.
4.5.2 Vergroting van de menging
de getijgoot relatief ten opzichte van het Oosterscheldemodel te klein. Een ge-volg daarvan is o.a, ook dat de vertikale menging relatief te klein is. Deze menging ia kunstmatig te vergroten door luchtbellen in te blazen via geper-foreerde huisjes op de bodem van de goot, De opstijgende luchtbellen slepen zout water mee naar het wateroppervlak, zodanig dat de vertikale uitwisseling tussen zoet en zout water vergroot wordt. De hoeveelheid lucht, die wordt in-geblazen, bepaalt de hoeveelheid zout water die omhoog gebracht wordt en daar-mee ook de vertikale uitwisseling. Het luchtdebiet werd nu zodanig ingesteld dat er slechts sprake was van een geringe vertikale gelaagdheid in de proeven met een ingesteld dichtheidsverschil tussen zee- en rivierwater van 22,5 kg/m . Het opheffen van de gelaagde getijstroming is behalve via luchtbelleninjektie ook te realiseren door de initiële menging nabij de dam te vergroten. In proef T7A is alleen initiële menging geïntroduceerd om de dichtheidsverschillen te verkleinen. De zouttoestand in deze proef past bij het eerder uitgevoerde Phi-lipsdamonderzoek (ref. 2 ) : aan de bodem is bij de dam het zoutgehalte nagenoeg gelijk aan het zeezoutgehalte (zie figuur 27). De zoute onderlaag gaat gelei-delijk over in een minder zoute bovenlaag. De longitudinale dichtheidsgradiënt is bij de bodem nagenoeg nul en neemt met toenemende afstand tot de bodem toe, doch blijft klein.
In proef T7 was de initiële menging zo klein mogelijk en werd de vertikale menging via luchtbelleninjekties vergroot. Behalve dat de vertikale gelaagdheid klein werd is er nu wel een longitudinale dichtheidsgradiënt op alle niveaus aanwezig (zie figuur 28).
In proef T7B, de referentieproef, is de menging vergroot via luchtbelleninjek-ties en via initiële menging. De grootte van de vertikale gelaagdheid is weer-gegeven in tabel 3 door getijgemiddelde waarden aan bodem en oppervlak. In de proeven T7B, T8, T9 en T10 blijkt op een afstand minder dan 4 km van de dam het getijgemiddelde verschil tussen de bodem- en oppervlaktekoncentraties kleiner dan 10% te zijn, hetgeen kleiner is dan in de prototypemetingen gevon-den is (zie paragraaf 4.5.1).
4.5.3 Inspeelgedrag
Zoals reeds in paragraaf 4.4.1 beschreven is ook bij de gemengde zout-zoet-proeven uitgegaan van een ondergrensbenadering voor het zoutgehalte op de
Krabbenkreek (instelling te zoete begintoestand, lekkende te zoete plaatbakken). In proef T6 is deze benadering echter mislukt omdat de beginstelling in de
toe-nemende tijd en er sprake is van een bovengrensbenadering (zie figuur 30). In de andere proeven stijgt het zoutgehalte in de loop van de tijd. Uit het inspeelgedrag bij proef TO blijkt dat het verschil tussen het maximale en minimale zoutgehalte in een getij steeds kleiner wordt; het minimale zoutge-halte neemt toe in de tijd; de maximale waarde blijft gelijk of neemt iets af. Extrapolerend kan de maximale over de vertikaal gemiddelde dichtheid als boven-grens genomen worden.
4.5,4 Meetresultaten
In figuur 29 is voor de referentieproef T7B voor drie markante tijdstippen de zoutverdeling weergegeven. Hetzelfde is gedaan in
3 figuur 31 voor proef T6 (Ap = 7 kg/m ) figuur 32 voor proef T8 (groot getij)
3 figuur 33 voor proef T9 (Q . = 15 m /s) figuur 34 voor proef T10 (Ap = 17,5 kg/m3).
De resultaten van deze proeven zijn samengevat in de tabellen 4 en 5. In tabel 4 zijn de getijgemiddelde waarden van de koncentratie relatief ten opzichte van de zeekoncentratie uitgezet, terwijl in tabel 5 de minimale en maximale over de vertikaal gemiddelde zoutgehalte ten opzichte van de zeekoncentratie zijn uitgezet.
De afname van de koncentratie in de Krabbenkreek met toenemende afstand tot het splitsingspunt is een gevolg van de ingestelde beginkonditie (zoet water introduceren aan het eind van de haven waarvan een gedeelte opmengt met het zoute water uit de onderlaag) en van een kleine lek van brak water uit de plaatbakken naar de geul.
Er zijn nu diverse manieren mogelijk om tot een zoutgehalte voor de Krabben-kreek te komen
a. Neem het gemiddelde voor de 3 stations van de getijgemiddelde waarde uit tabel 4.
b. Het zoutgehalte op het splitsingspunt is maatgevend. Neem daarom het getij-gemiddelde zoutgehalte in station 8.
c. Er is uitgegaan van een ondergrensbenadering. Neem aan dat de Krabbenkreek volledig gemengd wordt, waarbij zoutgehalte op ieder tijdstip gelijk wordt aan het maximale zoutgehalte. Neem uit tabel 5 daarom het gemiddelde voor de 3 stations van de maximale waarde.
Dit levert als resultaat:
methode a
b
c
d
T5
Ap *= 0
0,365
T6
3
Ap • 7 kg/m
0,59
T7B
REFER
0,84
0,85
0,845
0,855
T8
2a = 3 m
o
0,855
0,87
0,875
0,89
T9
Q . = 1 5 m
3/s
riv0,855
0,875
0,865
0,885
T10
Ap - 17,5 kg/m
30,795
0,81
0,80
50,82
5De volgens methode a berekende zoutgehalte zijn steeds het laagst. Bij
verge-lijking van de resultaten van twee proeven hangt het verschil van de gebruikte
methode af doch zijn absoluut gezien de verschillen klein.
Steeds uitgaande van proef T7B blijkt een vergroting van het getij tot 2a = 3 m
slechts een geringe verhoging van het relatieve zoutgehalte c/c in de
Krab-ZQ.Q
benkreek op te leveren in de orde van 0,015 a 0,035 (proef T 8 ) .
Verlaging van het rivierdebiet tot 15 m /s levert slechts een geringe
verho-ging van het relatieve zoutgehalte c/c op de Krabbenkreek op in de orde van
0,015 a 0,03 (proef T 9 ) .
In figuur 35 is de invloed van het ingestelde dichtheidsverschil weergegeven
waarbij van methode a is uitgegaan. Hoe groter het ingestelde
dichtheidsver-schil des te groter blijkt ook het relatieve zoutgehalte in de Krabbenkreek
te worden. Proef T10 levert een verlaging van het relatieve zoutgehalte ten
opzichte van de referentieproef T7B in de orde van 0,03 3. 0,0045 volgens
boven-staande tabel, terwijl proef T6 een verlaging met 0,25 oplevert en proef T5
zelfs iets in de orde 0,50 verlaging geeft.
4.5.5 Konklusies
- het relatieve zoutgehalte in de Krabbenkreek blijkt uit de gemengde proeven
sterk af te hangen van het ingestelde dichtheidsverschil (zie figuur 35)
- ervan uitgaande dat de vertikale gelaagdheid in de getijgootproeven kleiner
is dan de vertikale gelaagdheid in het prototype zal zijn volgt dat het
relatieve zoutgehalte in de Krabbenkreek minimaal 0,8 c ^^ zal zijn (proef
T10 geeft ondergrens)
- het grote getij geeft een vergroting van het zoutgehalte in de orde van 2
a 4%. Hierbij moet opgemerkt worden dat bij. vergroting van het getij de
geul-/plaateffekten groter worden zodat het resultaat in het getijgootmodel (plaatgebieden afwezig op trajekt Keeten-Philipsdam) een te kleine waarde aangeeft.
verlaging van het spuidebiet van de Philipsdamsluizen tot 15 m /s geeft eveneens een verhoging van het zoutgehalte op de Krabbenkreek in de orde van 2 a 4%.
5 Samenvatting en konklusies
Het onderzoek naar de zouttoestand in de noordelijke tak van de toekomstige Oosterschelde (als noordelijkste begrenzing de Philipsdam, de C~-variant) en in het bijzonder naar de zouttoestand in de Krabbenkreek is uitgevoerd in het Oosterscheldemodel en in de getijgoot.
Omdat het in de getijgoot uitgevoerde onderzoek nauw samenhangt met het in het Oosterscheldemodel uitgevoerde onderzoek is in tabel 6 een overzicht van het totale onderzoek gegeven. De R in deze tabel duidt erop dat de koncentratie-metingen aan weerszijde van dit teken vergeleken mogen worden.
In het Oosterscheldemodel is uit vergelijking van Rhodaminemetingen in het model (geen dichtheidsverschillen: Ap = 0) in de huidige vormgeving (Volkerak als noordelijkste begrenzing) met natuurzoutmetingen uit 1974 gevonden dat de Rhodamineverdeling in model signifikant afwijkt op het Volkerak van de proto-type-zoutverdeling. De in het prototype wel en in het model niet aanwezige dichtheidsinvloeden moeten hiervoor in hoofdzaak verantwoordelijk gesteld worden (zie ref. 1). Op grond van dit resultaat volgt, dat de bij de beide
va-rianten van de doorlaatopening in de Oosterscheldedam bij de toekomstige vorm-geving (Co) in het model gemeten Rhodamineverdelingen wat de zouttoestand op het Zype en in de Krabbenkreek betreft niet als betrouwbaar kunnen worden aangemerkt (zie ref. J).
In de getijgoot was het slechts mogelijk een sterk geschematiseerd model van het trajekt Keeten-Philipsdam en de Krabbenkreek aan te brengen. Voorzichtig-heid bij het trekken van konsekwenties voor het prototype uit dit modelonder-zoek is daarom geboden. Dit des te meer omdat het model niet geijkt kan worden met prototypegegevens, immers voor de toekomstige situatie in de Oosterschelde
zijn uiteraard geen zoutmetingen uit de natuur aanwezig.
Als referentie voor het modelonderzoek in de getijgoot moest het eerder ver-melde Rhodamine-onderzoek in het Oosterscheldemodel dienst doen (zie tabel 6 ) . Uit vergelijking van de Rhodamineproef in de getijgoot en de overeenkomstige proef in het Oosterscheldemodel volgt in hoeverre de geometrie-effekten
be-langrijk zijn. In het getijgootmodel blijken de getijdebieten en volumen ten-gevolge van de toegepaste geulschematisatie in de getijgoot een faktor 0,75 kleiner te zijn dan in de overeenkomstige proeven in het Oosterscheldemodel ge-vonden wordt. Het in de Krabbenkreek gege-vonden verschil in Rhodaminekoncentratie in beide modellen kan voor de helft verklaard worden uit dit verschil in volumen zoals uit diffusieberekeningen volgt. Daarnaast zijn er in het getij-gootmodel geen geul-/plaateffekten aanwezig op het trajekt Keeten-Philipsdam,
zodat de dispersie te klein is.
Het onderzoek in het getijgootmodel met dichtheidsverschillen was speciaal ge-richt op de gevoeligheid van de zout-zoetverdeling in de Krabbenkreek voor - het ingestelde dichtheidsverschil
- het ingestelde vertikale getij - de mate van menging in de goot - de rivierafvoer.
Uitgaande van een zo gelaagd mogelijke stroming in de goot bleek dat in de Krabbenkreek de gelaagdheid steeds kleiner werd en in de eindsituatie geheel verdween: een gelaagde stroming op het trajekt Philipsdam-Keeten zal gepaard gaan met een gemengde stroming in de Krabbenkreek. Bepalend voor het zoutge-halte in de kreek is het zoutgezoutge-halte in de onderlaag ter plaatse van het
split-sing spunt
3
- Verlaging van het ingestelde dichtheidsverschil van 23 naar 7 kg/m had geen invloed op de relatieve zoutkoncentratie in de haven (die de Krabbenkreek simuleert),
- Vergroting van de vertikale getijbeweging levert een geringe verhoging van de zoutkoncentratie in de Krabbenkreek.
Uitgaande van een getij stroming met initiële en kunstmatige (via luchtbellen-schermen) menging in de goot, zodanig dat de vertikale gelaagdheid naar schat-ting minder groot is dan uit prototypemeschat-tingen in het Volkerak blijkt,is een gevoeligheidsonderzoek verricht.
- De grootte van het ingestelde dichtheidsverschil bleek daarbij sterk van in-vloed te zijn op de grootte van het relatieve zoutgehalte in de Krabbenkreek, zie figuur 35.
- Vergroting van het vertikale getijverschil had slechts een geringe invloed 3
bij het dichtheidsverschil 23 kg/m . Volgens het M 1450-onderzoek is de in-3
vloed bij Ap = 0 kg/m aanmerkelijk groter.
3
- Verlaging van de rivierafvoer geeft uitgaande van Ap = 23 kg/m slechts een geringe verhoging van het relatieve zoutgehalte in de Krabbenkreek.
Deze resultaten zijn samengevat in figuur 36, die volgt uit figuur 5 via het gebruik van de in dit onderzoek gevonden meetresultaten. Vertikaal zijn 4 lij-nen getrokken voor de diverse waarden van de grootheid G die de grootte van het getij moet aanduiden voor het getijgootonderzoek en het Oosterschelde-onder-zoek.
In deze figuur is duidelijk te zien dat de dichtheidsinvloeden belangrijk zijn-Er zijn drie curven in deze figuur getekend namelijk voor
- gelaagde stromingen.
- gemengde stromingen. Ap ^ 0.
De lijn voor de stromingen zonder dichtheidsverschillen in de figuur voor de Krabbenkreek is niet getrokken door de meetpunten uit het
Oosterschelde-onder-zoek, omdat de koncentraties in het Oosterscheldemodel systematisch groter zijn dan in het getijgootmodel het geval is (tengevolge van geul-/plaateffekten die in het getijgootmodel afwezig zijn op het trajekt Keeten-Philipsdam).
Als de getijbeweging erg groot is naderen de getijgemiddelde koncentratiestot elkaar. Als de getijbeweging erg klein wordt gaan de drie gevallen duidelijk uiteen lopen omdat dichtheidsinvloeden dan een grote rol gaan spelen. In deze figuur 36 is duidelijk te zien dat de dichtheidsinvloeden nabij de Philipsdam groot zijn en ter plaatse van de mond van de Krabbenkreek kleiner worden met toenemende getij-invloed. Vergroting van de horizontale getijbeweging in het getijgootmodel zal hogere zoutkoncentratie in de Krabbenkreek opleveren.
Uit het totale onderzoek volgt voor het prototype dat het zoutgehalte in de 3
Krabbenkreek bij klein getij en een rivierafvoer van 25 n /s minimaal c =
0,8 c zal zijn, waarbij c de koncentratie in de mond van het Keeten voor-stelt. Verkleining van de rivierafvoer tot 15 m /s zal relatief ten opzichte van de stroming met klein getij en Q . = 25 m /s slechts een geringe ver-groting (2 a 4%) van het zoutgehalte in de Krabbenkreek opleveren.
2 Vergroting van de doorlaatopening van de Oosterscheldedam tot 20.000 m zal volgens het getijgootonderzoek slechts een geringe vergroting (2 a 4%) van het
zoutgehalte in de Krabbenkreek geven, echter bij aanwezigheid van de geul-/ plaatgebieden op het trajekt Philipsdam-Keeten zou dit verschil groter kunnen zijn (orde 12% in Oosterscheldemodel bij Rhodamineproeven).
1 Waterloopkundig Laboratorium, "Verspreiding schutwater Philipsdamsluizen in het Oosterscheldebekken".
M 1450-rapport, 1977.
2 Waterloopkundig Laboratorium, "Zouttoestand trajekt Oosterschelde-Philips-dam".
M 896-27, 1975.
3 Waterloopkundig Laboratorium, "Bouw getijgoot en opzet getijgootbedrijf". M 896-2, 1974.
4 Waterloopkundig Laboratorium, "Onderzoek naar de zouttoestand bij de Vol-keraksluizen".
M 896-25, 1974.
5 Waterloopkundig Laboratorium, "Handleiding voor het bedrijven van wiskun-dige modellen met het netwerkenprogratnma NEBAS".
Interimrapport C 247 versie 1, 1975.
6 Waterloopkundig Laboratorium, "Zoutindringing Rotterdamse Waterweg". Gebruikershandleiding, W 228, 1975.
7 TNO-TPD, "Opwarmingsverschijnselen en temperatuurgedrag Turner-fluorimeter model III".
Appendix 1: Getij- en dispersieberekeningen
a. Nunierieke_ge^iijberekening
Met behulp van het eendimensionale numerieke netwerkprogramma NEBAS (ref. 5) is voor de geometrie van het getijgootmodel de getijbeweging berekend. Deze berekeningen waren speciaal bedoeld om het verloop van de debieten als funktie van plaats en tijd te weten te komen.
Q . = 25 m3/s riv h(t) tak I . tak II Keeten Krabbenkreek tak III Philipsdam
De in bovenstaande figuur geschetste indeling is gebruikt: - op tak ] 4 vakken van 2,2, 2,2, 2,2 en 2,4 km lengte - op tak 2 3 vakken van 2,0, 2,2 en 1,8 km lengte - op tak 3 3 vakken van elk 2,0 km lengte.
Van een klein getij, 2aQ ~ 2,30 m, en een groot getij, 2aQ ~ 3,00 m, is de
getijbeweging berekend. Wat betreft de debieten zijn enkele resultaten weerge-gegeven in figuur 13. Daarnaast is er een getijbeweging berekend aannemend dat de breedtesehaal 1,5 maal groter was hetgeen aanleiding geeft tot ongeveer
1,5 maal grotere debieten.
b. Disgersieberekeningen
De berekende getijbeweging wordt als invoer gebruikt voor het eendimensionale numerieke netwerkprogramma ZRW (ref. 6) dat aangepast werd voor toepassing op
2 2 het M 1444-model. Aan de zeerand werd bij eb een extra voorwaarde 3 C/Sx = 0 opgegeven, terwijl bij vloed de zeekoncentratie opgegeven werd met een gelei-delijke overgang van de koncentratie bij de kentering eb ->• vloed naar de zee-koncentratie (1 uur). Bij de Philipsdam werd C = 0 als randkonditie opgegeven,
terwijl in de Krabbenkreek 3C/3x opgegeven werd.
Proef T5 werd gebruikt als referentieproef. De grootte van de dispersiepara-D H
meter CK = — — werd zodanig bepaald dat de gemeten en de berekende koncentra-u*h
tieverdelmg redelijk overeenkwamen (zie figuur 16) (D = 72 u h ) .
Met deze grootte van CK werd een nieuwe dispersieberekening uitgevoerd, uit-gaande van debieten die ongeveer 1,5 20 groot zijn (zie Ala). Het verschil in de koncentratieverdelingen uit beide dispersieberekeningen, vooral de grootte van de koncentratie in de mond van de Krabbenkreek, is gebruikt om een
schat-ting . te geven van de invloed van de getijbeweging, zie paragraaf 4.3.3.
D dispersiekoëfficient u* schuifspanningsnelheid
Appendix 2: Rhodaminemetingen
1 Ervaring uit M 1444- en M 1450-onderzoek
Tijdens het M 1450-onderzoek in het Oosterscheldegetijmodel en tijdens het M 1444-onderzoek in de getijgoot zijn vier fluorometers gebruikt om de
Rho-daminekoncentratieverdelingen vast te leggen. Deze Rhodaminemetingen werden in elke proef gedurende lange tijd uitgevoerd (orde 3 a 4 dagen in M 1450, orde l| dag in M 1444).
De metingen voor het M 1450-onderzoek leverden de volgende ervaringen op: a. uit kontinue registraties van de koncentraties in diverse meetpunten met
behulp van de doorstroommethode (water uit model wordt kontinu langs het meetelement gepompt) bleek dat er 's nachts relatief grotere koncentraties gemeten werden (orde 10 a 25%). Dit bleek achteraf verklaard te kunnen worden uit de temperatuursgevoeligheid van de kwiklamp in het meetinstrument.
's Nachts daalde in de modelruimte de temperatuur in de orde van 6 (ten opzichte van waarde overdag) en dit levert volgens TNO-TPD (zie ref. 7) een hogere uitgangsspanning op, wat bij gebruik van de normale ijkcurven een hogere koncentratie betekent.
De nieuwste op de markt verschijnende fluorometers bevatten een verwarmings-voorziening rond de kwiklamp zodanig dat deze altijd werkt bij dezelfde
temperatuur. De gevolgen van het ontbreken van deze voorziening was sinds kort slechts in zeer beperkte kring bekend.
b. kontrole van het voorraadvat, waaruit het lozingswater met de maximale Rhodaminekoncentratie naar het model gevoerd werd, door middel van de cuvettenmethode (cuvetjes vullen en in de fluorometer stoppen voor door-meting) leverde een grote fluktuatie in koncentratie op voor proef
T187A-«11 3
variatie van 2100-2900 E (E = 10 kg/m ) . Deze variaties traden op ondanks het voortdurend opmengen van het voorraadvat en ze kunnen slechts gedeelte-lijk verklaard worden door variatie in de omgevingstemperatuur.
c. enkele instrumenten, gebruikt als doorstroommeter, leverden bij het volgen van de koncentratie in een meetput als funktie van de tijd een sprong in de koncentratie op, die slechts verklaard kan worden door een plotseling ver-anderende gevoeligheid. Bij naijking bleek echter dat de betreffende instru-menten voldeden aan de oorspronkelijke ijkcurven.
ad a
Gedurende de gehele proef veranderde de omgevingstemperatuur minder dan 1°C.
ad b
De kontrole van het voorraadvat (deel van de goot) vond plaats door het nemen van een monster dat achtereenvolgens met alle vier de gebruikte fluorometers doorgemeten werd. Door gebruik te maken van de naijking resulteerde dit in:
FM nr. FM 10 FM 2 FM 19 FM 18 tijd 22.30 uur 475 475 450 (450) tijd 6.30 uur 510 500 490 500 tijd 11.00 uur 510 505 465 495 tijd 22.00 uur 490 (750) 470 480
FM 18 verliep tijdens de meting, hetgeen duidelijk volgde uit de voor-, midden-en naijking van de fluorometera. FM 2 veranderde plotseling (+ 16.00 uur) van gevoeligheid (zie ad e). Gemiddeld 487 E + 18 E (14 waarden).
ad c
FM 2 vertoont een sprong in de berekende koncentratie van 50%. Tijdens de na-ijking bleek de gevoeligheid van het instrument niet veranderd te zijn.
De reden van de gemeten afwijking kan een onjuist ingestelde diafragmastand zijn (tussen 2 diafragmastanden in) omdat het verschijnsel optrad direkt na veranderen van de diafragmastand.
Bij overgang van de ene diafragmastand naar een andere traden er sprongen in de berekenende koncentratie op, die verklaard moeten worden uit de onnauwkeu-righeid van de gegeven ijkcurven bij de verschillende diafragmastanden.
2 Nauwkeurigheid meetinstrumenten
Het bovenstaande gaf aanleiding tot het onderzoeken van de meetnauwkeurigheid van de gebruikte fluorometers. Daartoe werden 4 basisvloeistoffen aangemaakt
(25, 100, 500 en 1000 E ) , die gedurende 3 dagen bemonsterd zijn door de vier in het M 1444-onderzoek gebruikte fluorometers (Ie dag 2 x, 2e dag 2 x, 3e maximaal 4 x ) .
In tabel A is het resultaat van deze metingen weergegeven, waarbij de meetre-sultaten gekorrigeerd zijn met de nulpuntskorrektie en omgerekend naar de schaal-uitslag bij 20 C. De resultaten zijn met en zonder de eerste meting geanaly-seerd omdat uit het systematisch groter zijn van de eerste meetwaarde de aan-wezigheid van een absorptie-effekt zou kunnen volgen.
Konklusies
- nauwkeurigheid doorstroommethode O < 2%, - nauwkeurigheid cuvetmethode O ~ 5%.
~ nulpuntsverschuiving moet bij langlopende metingen regelmatig bepaald worden. Deze verschuiving kan soms 1 a 2 schaaldelen bedragen» hetgeen bij een
schaaluitslag van 50 een verandering van 2 a 4% veroorzaakt bij verwaarlo-zing van deze verschuiving.
- de cuvetmethode is gevoelig voor de duur van het verblijf van het cuvetje in de meter. In FM 19 bleek uitgaande van een omgevingstemperatuur van 20 C deze opwarming 1,8 C per minuut te zijn -> 4,3% in schaaluitslag.
- Uit de vergelijking van ijkwaarden met de daaruit afgeleide lineaire ijk-curve blijkt dat de relatieve afwijking van de individuele ijkwaarden van de ijkcurve toeneemt met afnemende koncentratie (en dus afnemende schaaluit-slag bij éên diafragmastand). Daarom moet steeds gemeten worden in die dia-fragmastand waarbij de schaaluitslag zo groot mogelijk is.
Samengevat waren de konklusies met betrekking tot het uitgevoerde onderzoek M 1444 dat:
- FM 2 tijdens meting D niet goed gemeten heeft; deze meting moest worden af-gekeurd.
- FM*18 tijdens de langlopende proef verlopen is en de resultaten van deze fluorometer gekorrigeerd moesten worden.
