Rapport RIKZ-95.019
Auteurs: J.M. de Kok R.M.Salden I.O.M. Rozendaal maart 1995
Rijksinstituut voor Kust en Zee
Samenvatting
In dit rapport wordt een drie-dimensionaal numeriek-wiskundig model ter berekening van het transport van zwevende en opgeloste stoffen in de Ne-derlandse kustwateren beschreven. Het belang van de modellering van zwe-vend stof en slib in drie dimensies wordt uiteengezet. Het model is een be-langrijke schakel in een meer omvattende waterkwaliteitsmodellering, te ge-bruiken voor beleidsontwikkeling, beleidsevaluatie, ontwerp van een rnoni-toringsstrategie, effectsstudies, etc. Een koppeling met het MANS instrumen-tarium is operationeel.
Tevens wordt het model gebruikt in het onderzoek naar de aanslibbing van scheepvaartgeulen.
Fysische effecten m.b.t. transport van zwevend stof en slib worden aan de hand van modelresultaten beschreven. Mesoschaal effecten in de omgeving van de Vlaamse Banken,de Zuidhollandse kust en het Marsdiep worden berekend.
Als voorbeeld van prognostisch modelgebruik wordt het effect van een zee-waartse uitbreiding van de Maasvlakte berekend. Als belangrijkste resultaat hiervan komt naar voren een versterking van het slibtransport richting Maas-mond vanaf de huidige stortlokatie Loswal Noord, en een versterking van het kustwaartse transport voor de kust van Zuid-Holland.
Inhoud
1. Inleiding
2. Relatie met waterkwaliteitsmodellering
3. De programmatuur voor drie-dimensionale slibtransportmodellering 4. Waarom modellering in drie dimensies?
5. Het kuststrookmodel
6. Berekende transportverschijnselen 6.1 De Vlaamse Banken
6.2 Het Marsdiep
6.3 De Zuidhollandse kust
6.4 Gevolgen uitbreiding Maasvlakte 7. Conclusies en aanbevelingen 8. Literatuur
9. Figuren
Appendix : Koppeling met het waterkwaliteitsmodel MANS
Rijksinstituut voor Kust en Zee
Drie-dimensionale modellering van het transport van
zwevend stof in de Nederlandse kustwateren.
1. Inleiding
De kwaliteit van het Nederlandse kustwater wordt in belangrijke mate bepaald door de gehaltes van de antropogene stoffen,die daarin aanwezig zijn, deels in opgeloste vorm, maar voor het merendeel geadsorbeerd aan zwevend stof en slib. Deze stoffen komen grotendeels in zee via rivieren en uitwaterings-punten. Een ander gedeelte komt door atmosferische depositie in zee terecht. Rivierwater blijft als gevolg van de aardrotatie en door het verschil in soorte-lijk gewicht met zeewater binnen een bepaalde afstand tot de kust (zie b.v. de Kok,1994a).Ook slib concentreert zich in de kustzOne.De hoogste slibge-halten worden dan ook binnen een afstand van 10 km aangetroffen (fig.1). In de onderste waterlagen van deze zOne zijn de slibconcentraties weer veel hoger.Dit is het gevolg van het flocculeren van zwevende deeltjes,waardoor de valsnelheden groter worden en zich meer slibvlokken in het onderste ge-deelte van de waterkolom gaan ophouden. Als gevolg van de aanwezigheid in de kustzOnevan zoet rivierwater, met zijn lagere soortelijk gewicht, bewe -gen de onderste waterla-gen zich naar de kust toe. Dit heeft tot gevolg, dat zich daar ook veel zeeslib bevindt. Dit zeeslib is via het Nauw van Calais de zuidelijke Noordzee binnengekomen.
Uit het voorgaande moge duidelijk zijn,dat de slibbeweging een belangrijke factor is voor het transport van stoffen en de kwaliteit van de kustwateren.
Een waterkwaliteitsmodel voor de zoute wateren zal dan ook de drie-dimensi -onale water- en slibbeweging goed moeten weergeven.
2. Relatie met waterkwaliteitsmodellering
Met een waterkwaliteitsmodel is het mogelijk korte en lange termijn effecten te berekenen van een gewijzigd beleid ten aanzien van emissies. Van iedere bron kan men in principe berekenen wat de bijdrage isin de concentraties op een willekeurige plaats op zee. Tevens kan men het totaal van alle bijdragen berekenen en bepalen of een grens-of streefwaarde is overschreden. Effecten van emissiereducties op concentratiewaarden zijn zo direct te bepa-len. Ook de gevolgen voor het zeemilieu van gewijzigde beheersmaatregelen, zoals bijvoorbeeld het openen van de Haringvlietsluizen, kunnen worden berekend. Kustu~breiding heeft zowel grootschalige als kleinschalige gevol-gen op waterbeweging en waterkwaliteit. Beide kunnen berekend worden. Het in d~ rapport beschreven slibtransportmodel 'SLlB30' wordt toegepast op hetNederlandse kustgebied en is gekoppeld aan de TRIWAQ en MANS pro-grammatuur,waarmee een gedetailleerd waterkwallteltsmodel voor korte en lange termijn berekeningen beschikbaar is gekomen. De wiskundige achter-grond van deze koppeling is beschreven in de Kok (1994b). Oe concrete uitvoering ervan wordt beschreven in de appendix.
3
.
De programmatuur
voor drie-dimensionale
slibtransportmodellering
'SLIB3D'
De nu ontwikkelde programmatuurvoor 30-slibtransport is een nieuwe alge-meen toepasbare versie van reeds eerder ontwikkelde programmatuur, die gebruikt is voor de berekening van paden en lotgevallen van baggerspecie gestort op Loswal Noord (zie de KOk,1989a,1991).
De huidige versie is geschikt voor kromlijnige roosters (zie b.v.fig. 2), waar-door een betere detaillering in kustgebieden kan worden verkregen. Er zijn meer mogelijkheden met betrekking tot het opleggen van randvoorwaarden, bronnen en putten,sedimentatie- en erosieparameters. Wat betreft gebrui-kersvriendelijkheid,standaardisering en documentatie wordt voldaan aan de SIMONA normen,zodat een breed gebruik in principe mogelijk is. De pro-grammatuur slunaan op het SIMONA programma TRIWAQ voor drie-dimen-sionale waterbeweging.
De fysisch-mathematische achtergrond, de differentiaalvergelijkingen voor behoud van volume, impuls en massa,zijn beschreven in de Kok (1989b,
Rijksinstituut voor Kust en Zee
1992). Details van de numerieke oplossingsmethode van de advectie-diffusie-vergelijking, die het eigenlijke transport van stof beschrijft, zijn te vinden in de Kok (1993,1994a) en in Rozendaal (1994).
In het kort komt het hier op neer: indien het drie-dimensionale waterbewe
-gingsveld is gegeven,dienen de snelheden en waterhoogten als invoerpara
-meters voor het oplossen van de 3D-advectie-diffusievergelijking voor slib.
Het advectieschema is uitgebreid met een extra valsnèlheid voor sedimente-rende deeltjes en met een aparte bodemlaag, waar de uitwisseling met de onderste waterlaag via depositie en resuspensie plaatsvindt. Deze zijn afhan-kelijk van de berekende bodemschuifspanning, wat tot gevolg heeft dat slib-vlokken in het model rondom stroomkentering op de bodem kunnen blijven liggen. Dit heeft onder andere tot gevolg, dat er een transport kan optreden van gebieden met lage concentratie naar gebieden met hoge concentratie. Dit is voor slib een belangrijk transportverschijnsel, dat vaak bij de overgang van diepe naar ondiepe gebieden voorkomt.
4. Waarom modellering
in drie dimensies?
Het gedetailleerd berekenen van stroomsnelheden, zout- en slibconcentraties in drie dimensies kost veel rekentijd. Indien de omstandigheden dit toelaten zal een waterbewegings- en stoftransportberekening dan ook twee-dimensio-naal gedaan worden, dat wil zeggen dat er met vertikaal gemiddelde groothe-den wordt gerekend. Dit is in principe alleen mogelijk in gebieden waar geen belangrijke dichtheidsverschillen, vertikaal of horizontaal, in het water be-staan. De vertikale snelheidsverdeling heeft dan een voorspelbare vorm, het zogenaamde logaritmische snelheids profiel, en de vertikale verdeling van opgeloste en zwevende stoffen is bijna homogeen.
Soms echter,als er momentaan veel resuspensie vanaf de bodem optreedt, zijn de slibgehaltes in de onderste waterlaag zo groot, dat er hierdoor een vertikaal dichtheidsverschil ontstaat. Dit heeft tot gevolg, dat turbulente
werve-lingen uitgedempt worden en er geen verdere verspreiding over de vertikaal meer optreedt. De vertikale concentratieverdeling is dan verre van homogeen, en het gebruik van een twee-dimensionaal horizontaal (= vertikaal gemiddeld) model is niet meer toelaatbaar.
Dit effect treedt des te sterker op,indien er reeds door andere oorzaken een vertikaal dichtheidsverschil (stratificatie) bestaat. Dit kan veroorzaakt worden door vertikale verschillen in zoutgehalte,een verschijnsel dat in zeer sterke mate voorkomt in de Nieuwe Waterweg, maar in mindere mate ook voor de
hele zuidhollandse kust in een zone met een breedte tot 20 km.
Naast het feit dat de vertikale verdeling van stof er bij lange na niet meer homogeen is,voldoet ook de vertikale snelheidsverdeling niet meer aan het logaritmische standaard profiel, zeHs niet bij benadering. Dit hangt samen met de vertikale structuur van turbulente wervels. Als deze door stratificatie lokaal afgedempt worden, zijn bepaalde aannamen niet meer geldig en gaat het vertikale snelheidsprofiel sterk afwijken. Een twee-dimensionaal horizontale benadering is dan niet meer mogelijk.
Een andere afwijking van het logaritmisch snelheidsprofiel wordt veroorzaakt door horizontale dichtheidsverschillen, ook als er geen stratificatie optreedt. Er ontstaat dan een extra stroming nabij de bodem, dichtheidsgedreven, in de richting van het zoete water (zie fig. 8), dus in het algemeen naar de kust toe, of in de richting van de mondingen van rivieren en andere uitlaatpunten van zoet water.Ook dan is een twee-dimensionale benadering niet mogelijk. Het rivierslib dat in zee stroomt komt van een zoete in een zoute omgeving. Dit veroorzaakt het uitvlokken van slib tot grotere deeltjes met hoge valsnel-heden. Het zakt dan naar de onderste waterlagen, waar het in de dichtheids-gedreven kustwaartse bodemstroming terecht komt. Deze stroming transpor-teert ook veel zeeslib en is een belangrijke factor bij het aanslibben van scheepvaartgeulen en havens.
Over het algemeen kan men zeggen dat er rondom de uitlaatpunten van zoet water in zee zowel horizontale als vertikale dichtheidsverschillen bestaan. Deze worden veroorzaakt door het verschil in soortelijk gewicht tussen zoet rivierwater en zout zeewater. In deze gebieden, en soms nog ver daarbuiten moet het transport van stof drie-dimensionaal gemodelleerd worden. Trans-porten, die het gevolg zijn van dichtheidsverschillen in het water, bestaan er in het hele Nederlandse kustgebied tot 25 km uit de kust met inbegrip van de westelijke Waddenzee.
Als boven een sterk hellende zeebodem een waterlaagje met een hoge con-centratie gesuspendeerd slib (> 1 gil) aanwezig is, veroorzaakt de zwaarte-kracht een hellingafwaarts transport. Bij een sterk variërende bodemtopogra-fie, zoals bij geuVplaatsystemen is 3D-modellering derhalve ook gewenst om dit bodemtransport weer te geven.
Rijksinstituut voor Kust en Zee
5. Het kuststrookmodel
Ten behoeve van het berekenen van waterbeweging en waterkwaliteit in de Nederlandse kustwateren is het zogenaamde kuststrookmodel ontwikkeld.
Met dit laatste wordt bedoeld de gegevensverzameling, die in combinatie met een waterbewegings- en stoftransportprogramma een compleet model ople-vert. Het gaat hier om een kromlijnig coördinatenstelsel (zie fig. 2, het 'roos-ter'), en de hierop gediscretiseerde waarden voor bodemligging, bodemruw-heid, ligging en debiet van zoetwaterbronnen, en getijconstanten en zoutge-halten op de randen, kortweg de 'schematisatie' geheten. Deze schematisatie omvat ongeveer 20.000 in zee gelegen roosterpunten met onderlinge afstan-den variërend tussen de 200 en 3000 m, met de grootste detaillering dicht langs de kust, in de estuaria, in de Waddenzee en in het HaringvlietlNieuwe Waterweggebied (fig. 3).
In eerste instantie is deze schematisatie gebruikt in combinatie met het twee
-dimensionale waterbewegingsprogramma WAQUA (ook onderdeel van SIMO-NA) ter berekening van waterstanden en hierop heeft ook een eerste afrege-ling plaatsgevonden (zie Kuiper,1993).
Daarna is de schematisatie gebruikt met het 3D-programma TRIWAQ, waarbij er eerst met 10 lagen (Kuiper,1994) werd gerekend, vervolgens,met het oog op de rekentijden,met 4 lagen.Er is afgeregeld op de lange termijn salini-teits- en snelheidsstructuur (Salden & de Kok,1994). Met name is gelet op horizontale en vertikale saliniteitsverdeling, en op snelheidsamplituden en getijgemiddelde snelheden aan het oppervlak en bij de bodem voor de kust van Noordwijk en Scheveningen. Op deze plaatsen zijn in 1986, 1990, 1992 en 1994 langdurige snelheidsmetingen verricht. Tevens zijn gebruikt de 2-wekelijkse saliniteitsmetingen in raaien loodrecht op de kust bij Goeree, Ter Heyde, Noordwijk, IJmuiden, Egmond en Callandsoog, gemiddeld over een reeks van jaren.
Getijamplituden en restsnelheden (d.w.z. getijgemiddeld) konden tot op aan-vaardbare nauwkeurigheid worden afgeregeld. Ook de richtingen van de rest-snelheden bleken goed met de metingen overeen te komen.Aan de bodem wordt de kustwaartse reststroming goed gereproduceerd (fig. 8). Bij de Vlaamse banken worden restwervels met diameters vanaf enkele kilometers goed weergegeven (fig. 4). Dit reststromingspatroon wordt vooral door het bodemreliëf aangestuurd.
De restwervels voor de zeegaten van de Waddenzee worden ook voldoende gedetailleerd weergegeven (fig. 6) en zijn in overeenstemming met eerdere berekeningen met detail modellen (Ridderinkhof,1993, Robacsewska,1991).
6. Berekende transportverschijnselen.
Uitgaande van de met TRIWAQ berekende 3D-snelheidsvelden voor de Ne-derlandse kuststrookschematisatie zijn er berekeningen gedaan met het SLlB3D programma,waarbij er telkens uitgaande van één instantane lijnbron een periode van tien dagen is nagerekend. De berekende verspreidingspatro
-nen geven een indruk van het slibtransport langs de Nederlandse kust. Dit is gedaan voor de Vlaamse Banken en de Zeeuwse wateren, voor het Marsdiep en de westelijke Waddenzee en voor de Hollandse kust.
Het algemene beeld van slibtransport langs de Nederlandse kust is dat van een grootschalige verplaatsing van zuid-west naar noord-oost, met een con-centratie dicht langs de kust (de Kok e.a.,1992, van Alphen,1990). Door getijuitwisseling en dichtheidsstroming komt er zeeslib in de estuaria en in de Waddenzee. In de Westerschelde is dit effect zeKs zeer sterk.
6.1 De Vlaamse BankenIZeeuwsewateren.
Het getijgemiddelde wervelpatroon, dat voor de Vlaamse en Zeeuwse kust is berekend (fig. 4) heeft ook een grote horizontale menging tot gevolg. Dit is goed te zien in de verspreidingspatronen van slib, die zich na enige tijd over een groot oppervlak uitstrekken. Er is een kustwaarts resttransport en een sterk transport van zee uit de Westerschelde in waar te nemen (fig. 6,7). Tevens is er enig (dispersie)transport naar het zuidwesten.
De restwervels voor de kust van Zeeuws-Vlaanderen houden ook slib gevan-gen.
6
.
2 Het Marsdiep/westelijke Waddenzee.
Het slib dat Callantsoog zeer dicht (enkele kilometers) langs de kust passeert gaat deels door het Marsdiep de Waddenzee in. Het slib dat verder in zee aanwezig is, wordt door de restwervel (fig. 6) om de Noorderhaaks heen gevoerd, waar een gedeelte langs de zuidkant van Texel de Waddenzee binnenkomt. Een ander gedeelte gaat ten westen van Texel verder naar het noordoosten. Door de aanwezigheid van de restwervel rondom de Noorder
-haaks is de verblijftijd van het slib hier tamelijk lang (fig. 7).
Ook door het Eijerlandse Gat stroomt zeeslib de Waddenzee binnen.
Rijksinstituut voor Kust en Zee
6.3 De Zuidhollandse kust.
Opvallend is het sterk kustwaartse transport, dat het gevolg is van de aanwe -zigheid van Rijn- en Maaswater voor de Zuidhollandse kust. Sterke stratifica -tie verhindert hier de vertikale menging,en de dichtheidsgedreven bodem -stroming transporteert het meeste slib naar de nabije kustzöne (fig. 9). Derestwervel ter hoogte van Loswal Noord, tussen Hoek van Holland en Scheveningen houdt veel materiaal achter. Hiervan verdwijnt ieder getij een gedeehe naar de Maasmond en de Nieuwe Waterweg, waar het sedimen-teert.
6.4 Gevolgen uitbreiding
Maasvlakte
.
Het slibtransport voor de Maasmond wordt gekenmerkt door een sterk kust -waarts transport (fig.8) en een transport door de scheepvaartgeul landin-waarts, waar sedimentatie plaatsvindt. 10 km ten noorden van Hoek van Holland wordt baggerspecie gestort op Loswal Noord. De slibfractie van deze specie stroomt voor een belangrijk deel terug naar de Maasmond. Hierbij speelt de restwervel ten Noorden van Hoek van Holland (fig. 11) een belang-rijke rol. Een ander gedeelte komt terecht in de grootschalige noordoostelijk gerichte reststroming.
Om de gevolgen te onderzoeken van een mogelijke uitbreiding van de Maas -vlakte zijn de berekeningen herhaald met een op dit punt gewijzigde kust -schematisatie,waarbij de kop van de Maasvlakte 2 km verder in zee kwam te liggen (zie de Kok & Salden, 1994).
Uit de resuhaten blijkt,dat na uitbreiding het Rijn-en Maaswater 3.5 km ver-der de zee opstroomt, en dat in dit uitstromingsgebied de saliniteitsgradiënten groter worden. Dit heeft weer tot gevolg,dat de kustwaartse snelheidscompo -nent bij de bodem groter wordt (vergelijk fig. 8 en 10). Ook de vertikale dichtheidsverschillen nemen toe en het gestratificeerde gebied neemt toe in oppervlakte (fig. 13,14),hetgeen betekent,dat in dit gebied het slib gemid -deld dichter bij de bodem bli~t en daardoor sterker naar de kust toe wordt getransporteerd.
De restwervel rond Loswal Noord is veel sterker geworden (fig. 11,12) en dit betekent dat vanaf de huidige stortlokatie meer slib richting Maasmond zal vertrekken.Vanaf een lokatie voor Loosduinenis dit effect niet meer aanwe-zig.
7. Conclusies en aanbevelingen.
De berekeningen met het 3D-waterbewegingsmodel 'TRIWAQ' en met het daarop aansluitende 3D-slibtransport model 'SLlB30' geven voor het Neder
-landse kustgebied resultaten te zien,die in overeenstemming zijn met de reeds bekende onderzoeksresultaten, zowel uit metingen als uit eerdere mo
-delberekeningen.
De gereproduceerde fenomenen zijn :
- het kustwaarts transport van zeeslib,
- het noordoostwaarts transport langs de gehele kust, - de import van zeeslib in de Westerschelde,
- stagnatie van transport bij de Belgisch/Nederlandse grens door restcircula-ties,
-de import van zeeslib in de Maasmond,
-retourtransport langs de kust tussen Hoek van Holland en Scheveningen,
- slibimport in de Waddenzee door het Marsdiep en het Eijerlandse Gat. Het verdient aanbeveling het onderzoek met dit model voort te zetten en te gebruiken voor de bepaling van de herkomst van het slib dat sedimenteert in ecologisch gevoelige gebieden. Ook bij het onderzoek naar de aanslibbing van sCheepvaartgeulen is herkomst analyse van belang.
Het model is het aangewezen instrument om effecten van inrichtings- en beheersmaatregelen op waterkwaliteit en slibgehalten in de Nederlandse getijdewateren door te rekenen.
Tevens is het een onmisbare schakel in de modellering van de verspreiding van microverontreinigingen in het Nederlandse kustwater.
Rijksinstituut voor Kust en Zee
8. Literatuur
van Alphen, J.S.L.J. (1990)-A mud balance tor the Belgian-Dutch coastal waters bewteen 1969 and 1986.Neth J. Sea Research,25(1/2), pp. 19-30.
de Kok,J.M. (1989a)-Stoftransport voor de Zuidhollandse kust. DGW-nota GWAO-89.009.
de Kok,J.M. (1989b) - A 3-0 silt transport model with subgrid-scale resoluti-on. In: Proc.6th Int.Cont.Num.Meth.Laminar and Turbulent Flow. Eds. C.Tay-lor et al., Pineridge Press,Swansea, pp.1541-1551.
de Kok,J.M. (1991) - Slibtransport rond Loswal Noord. DGW-nota GWAO-91.002.
de Kok,J.M. (1992) - A 3-0 tinite difference model tor the computation ot near- and tar-field transport ot suspended sediment near a river mouth. Conti
-nental Shelf Research, 12(5/6),pp. 625-642.
de Kok, J.M. (1993)-Forward Semi-Lagrangian Methods - The Second Mo
-ment Method. In: Numerical Methods tor Advection-Diffusion Problems. Eds. C.Vreugdenhii and B.Koren. Vieweg, Braunschweig.
de Kok, J.M. (1994a) - Numerical Modeling of Transport Processes in Coas-tal Waters. Ph.D. Thesis. University ot Utrecht/Rijkswaterstaat.
de Kok,J.M. (1994b) - Tidal averaging and models tor anisotropic dispersion in coastal waters. Tellus,46A,pp.160-177.
de Kok,J.M., J.M. Lourens en J.H.M.de Ruig (1992) - Baggerspecie,van Waterweg tot Waddenzee. DGW-nota DGW-92.030.
de Kok,J.M. en A.M. Salden (1994)- Effect van uitbreiding Maasvlakte op bodemtransport omgeving Maasmond.RIKZ, OS-94.161x.
Dronkers,J.,J.S. van Alphen en J.C. Borst (1990) - Suspended Sediment Transport Processes in the Southern North Sea, In:Residual Currents and Long Term Transport,Ed. R.Cheng, 302-319, Springer Verlag.
Gossé,J.G. (1976) - Concentratieverdelingen van zwevend sediment. 76-FA-102.
Kuiper, E.V.L. (1993) - Bouwen afregeling van het 2DH kuststrookmodel.
RIKZ,GWAO-93.123x.
Kuiper, E.V.L. (1994) - Gevoeligheidsonderzoek 3D-kuststrookmodel. RIKZ,
OS-94.137x.
Ridderinkhof,H. (1993) -Residual currents and mixing in the Wadden Sea.
Ph.D. Thesis, University of Utrecht.
Robaczewska,KB., R.P.van Dijk,R. Plieger, M. Soerdjbali (1991) - Een
mo-del van de Nederlandse Waddenzee. RIKZ,GWAO-91.010.
Rozendaal, I.D.M. (1994) - Ontwerpbeschrijving en gebruikershandleiding van
de SLlB3D-module. RIKZ.
Salden, R.M. en J.M. de Kok (1994) - Afregeling van het 3D-kuststrookmodel
ten behoeve van slibtransport. RIKZ,OS-94.105x
Rijksinstituut voor Kust en Zee
9. Figuren
RIKZ-95.019
t%m~§:m
50 > S z, 20I
mm
m
d
20>S z, 10E:::J
10>S ~ 6 S=
4 S=
3o
Opname 31okt.-2nov.1974Lichte tot matige
zee
10 20 30 loOk",.
Figuur 1.
Slibconcentraties voor de Nederlandse kust. Uit Gossé (1976). 14
model: KUSTSTROOK, ,datum: 901010. tijd: OIO
Figuur 2.
Kromlijnig rooster van het kuststrookmodeL 15
:.2SO
1'1"1,'1111,, ,1"1,1'1"1"1.1,, •• 1
Figuur 3.
Detail van het rooster van het kuststrookmodel. 16
H
'JaaM 6u!ua)faJaqq!ls ap JOOABSSBWalp.!P.U!ap UBAamsod ap "aa6 OGf: IBBU!pJgoof!q )fIBq aa 'S/UlO
G~
=
wo ~'uaAa6a6JaaM Ja!UJa!4 S!JBBW'lapOW la4 UBAIIn laap laM J)fBBWapla40SJaJsaM aa 'UaJapUBBIA-sMnaaz !!q wapoq ap uaxoq w S'~ do uapa41aus aplapp!wa6!lla6 apua)faJaa'17Jnn6!.:J
ro
Figuur 6.
Berekende getijgemiddelde snelheden op 1.5 m boven de bodem rond hetMarsdiep. 1 cm=10 cm/s. De balk op coördinaat 110 geeft de initiële massa voor de slibberekening weer.
(
Figuur 7.
Berekende slibconcentraties na 5 en na 7 dagen.
180 '0
250
Figuur 8.
Berekende getijgemiddelde snelheden op 1.5 m boven de bodem in het gebied rond Haringvliet
en Maasmond. 1 cm=21 cm/s.
De balk op coördinaat 200 geeft de initiële massa voor de slibberekening weer.
250
Figuur 10
Getijgemiddelde snelheden op 1.5 m boven de bodem, berekend met uitgebreide Maasvlakte.
1 cm
=
21 crn/s. Vergelijk met fig. 8.30 220
Figuur 11
Berekende getijgemiddelde snelheden op 1.5 m boven de bodem rond Hoek van Holland
1cm =21cmls.
190 30
220 30
Figuur 12
Getijgemiddelde snelheden op 1.5 m boven de bodem, berekend met uitgebreide Maasvlakte. 1 cm
=
21 cmls.--4356
:-
--
ABOVE 4.00-
3.60 - 4.00-
3.20 - 3.60-
2.80 - 3.20-
2.40 - 2.80-
2.00 - 2.40-
1.60 - 2.00 1.20 - 1.60-
0.80 - 1.20-
0.40 - 0.80 0.20 - 0.40 0.00 - 0.20-4792
:-
4719:
-4646
4574
:
-: 2504501 ~
l)4429
:-..: 4792
4719
4646
-4574
-
-
-4501
-
-
--.:4429
-
-4356
4283
4211
11111111111111111363
436
508
581
653
726
799
D
BELOW 0.00 Figuur 13.Berekende stratificatie :verschil in saliniteit tussen oppervlak en bodem.
4864
:
-4792
:-
4719:
-4646
4574
: -: 2504501~
1)
-4429
4356
:-III I 11II I I III I IIII I I III I I III I I IIII II II I I II11I I I , I I III 11 I III IIII I I I I I I I II11IIII 11III I I I11I 11II 11III I I
:
~
1)
~
_:4864
- 4792
4719
4646
-4574
---
-
-450
1
--
--;
4429
--- 4356
4283
-
ABOVE 4.00-
3.60 - 4.00-
3.20 - 3.60-
2.80 - 3.20 '11111111111111-
2.40 - 2.8063
436
508
581
653
726
799
-
2.00 - 2.40-
1.60 - 2.00-
1.20 - 1.60-
0.80 - 1.20-
0.40 - 0.80 0.20 - 0.40 0.00 - 0.200
BELOW 0.004211
Figuur 14.Stratificatie berekend met uitgebreide Maasvlakte.
Het MANSinstrumentarium maakt gebruik van met TRIWAQ berekende hydrodynamische groot-heden voor de kuststrookschematisatie en van met SLlB3D berekende transportrichtingen voor zwevend stof en slib. Met het oog op het minimaliseren van rekentijden rekent MANS op getijge
-middelde en vertikaal ge-middelde basis.Wel is het zo dat er een apart bodemcompartiment wordt onderscheiden,waar slib tijdelijk of blijvend kan sedimenteren. Verder wordt er horizontaal met een 10 x zo grof rooster gerekend,d.w.z. met gemiddeld iets meer dan 3 x de roosteraf
-stand van het kuststrookmodel (fig.A1).
De benodigde data m.b.t. hydrodynamica en slibtransport worden volledig getijoplossend en 30 op het gedetailleerde rooster berekend. Het laatste voorlopig voor een standaard jaargemiddelde situatie.
De koppeling van SLlB3D naar MANS is zodanig,dat zo veel mogelijk van de karakteristieken van de verspreiding, resulterend na één getij bewaard blijven.
MANS maakt gebruik van het waterkwaliteitsprogramma DELWAQ,dat de benodigde data vanaf files inleest. De verspreiding van aan slib geadsorbeerde stoffen wordt in DELWAQ berekend aan de hand van de transportpaden, die met SLlB3D zijn berekend. Deze transportpaden wor-den in principe gegeven door de afstand en richting van de verplaatsing, die een slibdeeItje,
vertrekkend vanuit een gegeven punt na een getij heeft ondergaan. Er wordt hier echter niet gerekend met deeltjes, maar met massa's,die initiëel volgens een standaardverdeling over een bepaald volume zijn verdeeld. Deze volumina worden gevormd door de vakken van de twee-dimensionale grove DELWAQ-schematisatie. Voor iedere initiële massaverdeling wordt er een getij doorgerekend (van kentering tot kentering) en het resulterende verspreidingspatroon wordt
in gecondenseerde vorm opgeslagen. Dit houdt in dat er een horizontaal verspreidingspatroon wordt opgeslagen van wat er op de bodem is terecht gekomen, en één van de massa in de waterkolom.
Zo'n verspreidingspatroon wordt in principe gegeven door een eindige verzameling vaknummers (van de gedetailleerde schematisatie) met de in ieder vak aanwezige massa. Per (horizontaal) vak is de massa in het watercompartiment de som van de massa's in alle waterlagen.
Daarnaast wordt er per DELWAQ-vak ook een getij doorgerekend met een massa, die initiêel homogeen over de bodem van dat vak is verdeeld. Dit levert eveneens twee horizontale ver
-spreidingspatronen op. De interface SLlB3D-DELWAQ is dus een file met voor ieder DELWAQ
-vak (dat zijn er ongeveer 2000) 4 horizontale verspreidingspatronen, ieder gegeven als een eindige (# ongeveer 50) verzameling vakindexen met massa's (zie fig. A2).
Een tijdstap van de getijgemiddelde berekening gaat als volgt: uitgaande van een initiêle verde
-ling of van een bron wordt voor ieder DELWAQ-vak, waar massa aanwezig is, de verspreidings-patronen voor beide compartimenten uit de interface-file gelezen en de aanwezige massa wordt volgens dit patroon verdeeld. In iedere ontvangende cel wordt de massa opgeteld bij de massa's die uit andere DELWAQ-vakken afkomstig zijn (superpositie). Als dit voor alle DELWAQ-vakken gedaan is,is er voor bodem en voor water ieder een twee-dimensionale massaverdeling op het fijne rooster aanwezig.
Hoewel de getijgemiddelde berekening in principe op een grover rooster plaatsvindt,zijn de berekende lange termijn verspreidingspatronen (fig. A3, A4) niet beïnvloed door numerieke diffusie of andere numerieke fouten, die over het algemeen het gevolg zijn van een grote maas
-wijdte van het rooster.
Waar nodig kan per tijdstap en per vak extra depositie of resuspensie worden toegevoegd, door
massa van het water naar het bodemcompartiment of andersom te verplaatsen. Bronnen en
putten worden gemodelleerd als _hettoevoegen of onttrekken van massa.
Concentratie-randvoorwaarden worden opgelegd door het vervangen van de massa in randvakken door een
massa in de waterkolom, die gelijk is aan concentratie maal vakvolume. Het is achteraf niet
meer mogelijk om mengingsparameters, valsnelheden of kritische erosie- of sedimentatie-
schuif-spanningen te wijzigen.
Per windsituatie moet een getijoplossende run worden gedaan om een aparte interface-file met
verspreidingspatronen te genereren. 4508~ 4480~ 4451~ 4422~· 4393 :-4364~240 4335 :-4306 :-4277 :-Figuur A1. 462 491 520 549 578 607 636 665 694 723
.tI t."" 1""1'" 'I' 1'1I'''' I" ".,.,' 1111'1'" 'I' 'I'I'It '" '" ."., I'1111'''' ""'I'1t """11" I
210 JO : 30 ~4508 -:4480 -:4451 ~ 4422 4393 4364 : 4306 -:4277 ., •• ",.,1"'1'11,,1 462 491 520 549 578 607 636 665 694 723
Het DELWAQ-rooster ingetekend in (een gedeelte van) het fijne rooster.
water
water
bodem
bodem
water
bodem
Figuur A2.Voorbeeld van een initiële verdeling over een DELWAQ-vak en één van de vier verspreidings
-patronen na 1 getijperiode.
model: Kuststrook. model. Concentratiewaterkolom en bodem in kg/m2 (*IOE-6), Kust zone, datum: 19950403,tijd: 40
Fig. A3
Verspreidingspatroon van slib voor de Zeeuwse kust, 20 dagen na de beginsituatie (linksboven), berekend op getijgemiddelde basis.
model: Kuststrook model, Concentratie waterkolom en bodem in kg/m2 (*lOE-6), Kust zone, datum: 19950403,tijd: 60
Fig.A4
Verspreidingspatroon van slib voor de Hollandse kust. 30 dagen na de beginsituatie
