Je leest:

Gedrag van zandgolven

Gedrag van zandgolven

Auteur: | 9 juli 2007

Joris van den Berg heeft een rekenmodel ontwikkeld waarmee de beweging van zandgolven voorspeld kan worden. Zandgolven worden gevormd door een wisselwerking tussen stroming en zand. Ze zijn een slag groter dan de zandribbels op het strand, maar kleiner dan zandbanken. Zandgolven bepalen voor een groot deel de vorm van de zeebodem van de zuidelijke Noordzee. De scheepvaart en ontwerpers van offshore infrastructuur hebben belang bij een goed voorspellend computermodel.

In los zand kunnen door wind of water patronen gevormd worden. In de Noordzee zijn de bekendste van dit soort patronen zandribbels en zandbanken. Zandribbels zijn de korte golfpatronen (ongeveer 10 centimeter) die vaak aan het strand te zien zijn. Zandbanken liggen verder uit de kust en worden zo groot dat ze bij eb kunnen droogvallen.

Zandribbels (afbeelding: Rijkswaterstaat)

Zandgolven zitten qua grote tussen zandribbels en zandbanken in: ze worden tot 8 meter hoog, met een golflengte van zo’n 500 meter. Ze zijn beweeglijker dan zandbanken: het vormen van een zandbank duurt meer dan 100 jaar, terwijl een zandgolf binnen 20 jaar kan volgroeien.

Deze veranderlijkheid, in combinatie met de grootte, maakt het gedrag van zandgolven van wezenlijk belang voor de scheepvaart en het ontwerp van offshore infrastructuur. Onderzoeker Joris van den Berg ontwikkelde een computermodel waarmee de beweging van zandgolven voorspeld kan worden. Hij promoveerde op 29 juni 2007 aan de Universiteit Twente.

Groei van een zandgolfpatroon vanuit een vlakke bodem. Het linker plaatje laat de beginsituatie zien, waaruit de groei start. klik op de afbeelding voor een grotere versie

Zandgolven ontstaan in los zand op de bodem van ondiepe zeeën. Door de getijstroming wordt dit losse zand verplaatst en ontstaan soms golfpatronen. Deze patronen verstoren de getijstroming, waardoor nog meer zand de helling op wordt gestuwd. Uiteindelijk kunnen zandgolven zo’n vijf tot acht meter hoog worden (bij een gemiddelde waterdiepte van ongeveer 30 meter). Daarnaast verplaatsen de golven zich.

Voor de scheepvaart is het gedrag van zandgolven interessant, omdat ze de locale waterdiepte aanzienlijk kunnen verkleinen. Een schip zou hierdoor kunnen vastlopen. Om dit te voorkomen wordt de locale waterdiepte in kaart gebracht door Rijkswaterstaat Directie Noordzee en de Dienst der Hydrografie van de Marine. De beweging van zandgolven maakt regelmatig meten van de diepte noodzakelijk en meer kennis van deze bodempatronen kan dan ook een aanzienlijke kostenbesparing opleveren.

Kennis over het gedrag van zandgolven is ook van belang bij de aanleg van pijpleidingen en kabels, deze moeten geruime tijd veilig kunnen blijven liggen. Vaak betekent dit dat ze begraven dienen te worden. De vraag hierbij is: hoe diep is diep genoeg om te garanderen dat ze bij voorbij wandelende zandgolven niet alsnog bloot komen te liggen?

Voorspellen met wiskundige vergelijkingen

Om het gedrag van zandgolven te kunnen voorspellen is het nodig de getijstroming te bepalen, en vervolgens de hoeveelheid zand die hierdoor verplaatst wordt. De wiskundige vergelijkingen hiervoor zijn al langer bekend. Het hebben van geschikte vergelijkingen is echter niet genoeg om het gedrag te kunnen voorspellen, ze moeten ook betrouwbaar zijn op te lossen. Tot dusver waren er nog geen goed bruikbare manieren om deze vergelijkingen op te lossen, zeker voor grotere zandgolven.

Als eerste stap heeft Joris van den Berg een sterke vereenvoudiging van de vergelijkingen gemaakt. Het vinden van oplossingen en daarmee het voorspellen van het zandgolfgedrag wordt hiermee veel eenvoudiger.

Dit resulteerde in een gereedschap waarmee snel het effect van ingrepen als baggeren voorspeld kan worden. Zo is het model al met succes toegepast door Romke Bijker van de firma ACRB, voor het bepalen van het herstel van zandgolven nadat er een gleuf doorheen was gebaggerd voor de nieuwe hoogspanningskabel van Nederland naar Engeland.

Herstel van een gebaggerde geul door een zandgolf. Linksboven: de gebaggerde geul; rechtsboven: na een half jaar; linksonder: na één jaar; rechtsonder: na vier jaar. klik op de afbeelding voor een grotere versie

Naast dit vereenvoudigde model heeft Van den Berg efficiënte rekentechnieken ontwikkeld om de oorspronkelijke vergelijkingen te kunnen oplossen. Uiteindelijk resulteerde dit in een rekenmodel waarmee in de toekomst wellicht zelfs de wisselwerking tussen zandgolven en zandbanken onderzocht kan worden.

Op dit moment wordt het rekenmodel verder gebruikt door Andries Paarlberg om rivierduinen te voorspellen en door Fenneke van der Meer om de vergelijkingen die het gedrag van zandgolven beschrijven verder te verbeteren. Beiden zijn werkzaam bij de afdeling Waterbeheer van de Universiteit Twente. Van den Berg heeft zijn onderzoek gedaan bij de vakgroep Numerical Analysis and Computational Mechanics van de Universiteit Twente.

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 juli 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.