rijkswaterstaat Lacl/ F 35 s4 notitie WWKZ-82.V280 Relatie geleidendhnid-chl.oriniteit - voor de Westerschelde.

Transcriptie

1 ministerie van verkeer en waterstaat F 35 s4 directie waterhulshoudlng en waterbeweging district kust en zee adviesdienst Vlissingen Lacl/ notitie WWKZ-82.V280 1 Drolaotaode aan : vin : 3.P. Swart datum : juli 1982 ondarwarp : Relatie geleidendhnid-chl.oriniteit - voor de Westerschelde. L

2 behoort bil: notitie nr. wwk.z-82.v280 bladnr: i nhoudsopgave blz i Samenvatting. 1 Definities. O e 1. nleiding. 2. Relaties voor zeewater. 2.1 Geleidendheid - temperatuur. 2.2 Saliniteit - geleidendheld. 2.3 Saliniteit - chloriniteit. 2.4 Ch1orinitei.t - Chlorasiteit. 3. Relaties voor de Westerschelde. 3.1 Vergelijkingsmateriaal: titraties. 3.2 Saliniteit, geleidendheid en temperatuur, 3.3 Saliniteit - chloriniteit. 3.4 Chl.oriniteit - chlorositeit. 4. Vergelijking relatie voor zeewater en Westerscheldewater Contrôle gelei&endheidsmeters Conclusies. 11 Literatuurlijst. 12 Lijst van bijlagen. 13 R

3 behoort bu: notitie ~~ ~ WWKZ nr blednr: ii Samenvatting. Het chloridegehalte in de Westerschelde wordt bij de Adviesdienst Vlissingen in situ bepaald met de geleidendheidsmeter (type Beckman RS 5-3). Deze geleidendheidsmeter is ontwikkeld voorheb meten in zuiver zeewater (standaard zeewater) en meet de saliniteit, welke moet worden omgerekend naar chloriniteit (UNESCO formule). Daar Westerscheldewater niet dezelfde Samenstelling als zuiver zeewater heeft, zal deze meet- en omrekeningswijze (saliniteit naar chlorini.teit) fouten bevatten. Daarnaast zijn er verschillende foutenbronnen, die aanleiding geven tot een onnauwkeurigheid in de gemeten saliniteit (instrument-afwijkingen, calibratie- en afleesfouten e.d.). Aan de hand van 166 contrôlemonsters is de relatie saliniteit (Beckman) - chloriniteit, die voor de Westerschelde geldt, bepaald. Hierbij is tevens de standaardafwijking, een maat voor de invloed van alle foutenbronnen, berekend, De gevonden relatie vormt de grondslag voor omrekening van de op de Westerschelde met de Beckman geleidendheidsmeter bepaalde saliniteiten naar chloriniteiten. R

4 Definities: Saliniteit Chloriniteit of chlooreqcivalent Chlorositeit Chloridegehalte Geleidendheid of conductiviteit Het totale gewicht aan vaste stof per gewichtseenheid zeewater, als alle carbonaten zijn omgezet in oxyden, alle organische stof is geoxydeerd en alle broom- en jodiumionen zijn vervangen door equivalente hoeveelheden chloorionen i 33. Het totale gewicht aan chloorionen per gewichtseenheid zeewater, als alle broomen jodiumionen zijn vervangen door equivalente hoeveelheid chloorionen [31. Het totale gewicht aan chloorionen per volume eenheid zeewater, als alle broomen jodiumionen zijn vervangen door een equivalente hoeveelheid chloorionen [31. Het totale gewicht aan werkelijke chloorionen per gewichtseenheid water 131. De mate van geleiding van een electrische stroom ten gevolge van een spanningsverschil en is omgekeerd evenredig met de electrische weerstand. Een veel gebruikte eenheid in de oceanografie is de reciproke van Ohm de - Mho (of de Siemens). R

5 behoort notitie nr. WWKZ- 82. V2 80. bladnr: î.l. nleiding. e O Bij de Adviesdienst Vlissingen wordt het chloridegehalte in de Westerschelde in situ bepaald met geleidendheidsmeters (type Becknian RS 5-3). Deze geleidendheidsmeter meet geleidendheid en temperatuur en 1 herleidt deze automatisch naar saliniteit, Bij het onderzoek naar mengmechanismen en concentratiegradiënten wordt bij de Adviesdienst Vlissingen in het ai-gemeen echter gebruik gemaakt van de waarden voor chloriniteit in g/kg of p.p.m. (het histc,risch gegroeid gebruik om te spreken van chloridegehalte in nig/l wanneer men chloriniteit in mg/kg bedoelt, blijft hier buiten beschouwing: de gepresenteerde waarden zijn altijd bepaald als chloriniteit in g/kg, mg/kg of p.p.m.) De met de Beckman geleidendheidsmeter bepaalde saliniteit moet dus worden omgerekend naar chloriniteit. De literatuur bevat hiervoor een aantal formules [l]. De op deze wijze bepaalde chloriniteiten kunnen echter een aantal fouten bevatten, bijvoorbeeld uit de volgende bronnen: - ijking geleidendheidsmeter - afleesfouten en calibratiefouten - de (onbekende) wijze van berekenen van de saliniteit door de &ckman-meter (dit is vermoedelijk een UNESCO-formule, geldend voor standaard zeewater). - de omrekening van saliniteit naar chloriniteit via formules die voor standaard zeewater gelden en -- niet voor Westerscheldewater behoeven te gelden. Teneinde vast te stellen welke relatie de met de Beckman gemeten saliniteit heeft met de chloriniteit en tot welke totale fout de bovengenoemde foutenbronnen kunnen leiden is bij 166 op de Westerschelde uitgevoerde geleidendheidsmetingen tevens een watermonster getrokken en via titratie op chloriniteit onderzocht. De relatie tussen de met de Beckman gemeten saliniteit en de uit titratie bepaalde chloriniteit is bepaald, alsmede de standaardafwijking. Deze relatie vormt de grondslag voor omrekening van alle op de Westerschelde met de Beckman geleidendheidoaieter bepaalde sal.initeiten naar chloriniteiten. R

6 ~~~.. O - _- 2. Relaties voor zeewater. behoort bu: notitie bladnr: 2 ~~~ ~-~._~. ~ nr.wwkz-82.v280 n dit hoofdstuk worden een aantal algemeen geldende formules ge-. geven, waarmee de saliniteit, chloriniteit en chlorositeit voor zeewater kunnen worden berekend. n het verleden zijn door oceanografische onderzoekers uitgebreide studies gedaan naar de relaties tussen geleidendheid, temperatuur, saliniteit en chloriniteit. n lit.[2lworden een aantal namen vermeld. Bij deze onderzoekingen werd uitgegaan van zeewater al of niet verdund met gedestilleerd water. Dit z.g. "standaard" zeewater heeft de eigenschap, dat de samenstelling een Vaste gewichtsverhouding bezit. Standaard zeewater') heeft o.pi, de volgende eigenschappen: saliniteit 35 o/oa - specifieke geleidendheid van 42,910 milli Mho per cm, gemeten bij een temperatuur van 15" C en een druk van 1 atmosfeer Geleidendheid.- - temperatuur. De geleidendheidswaarde van zee- of estuariumwater is sterk afhankelijk van de watertemperatuur. Wanneer men de geleidendheid van standaardzeewater bij een willekeurige temperatuur t. ultdrukt door de term Kst(t), dan kan de waarde v p K (i;) volgens [2bl voor temperatuursgebi eden tussen O en 30 CeSbiuv worden.beníl&x*d, door: ). Kst(t Kst(15) = 42,910 milli Mho/cm. = 0, ,"o * 10--, a2 1 = 0;12270Ó * 10-< f-0, aj 1OW7 "4-0, =-0, ar, * Saliniteit - geleidendheid. - milli: Mho/cm. (1) Voor alle onderzoekingen is het z.g. "standaard" zeewater als referentienorm aangehouden. Dit houdt in dat de geleidendheidswaarden bij verschillende saliniteitswaarden naar de geleidendheid van het z.g. "standasrd" zeewater worden herleid. Voor de geleidendheidsverhouding bij een bepaalde temperatuur (t) geldt: Rt = K (t) (2) KSt(t) - waarin - ' vaak wordt in plaats van de term "standaard" zeewater, de term ee ewa t er ' ge h rui kt.

7 behoort hu: notitie nr.wwkz-82.v280 bladnr: 3 Rt = geleidendheidsverhouding bij t OC. X (t)= geleidendheid monster zeewater, al of niet verdurid met gedestilleerd water, bij t OC. van de geleidendheidsverhouding Rt kan & saliniteit (9) Uitgaande volgens UNESCO [] worden benaderd door: S= bo+bl. Rt +b2. Rt 2 +b3.rt 3 +b4.rt 4 +b5.fit g/kg ( 3 ) bo= -0,08996 bl= 28,29720 b2= 12,80832 b3:-10,67869 b4' 5,9f2624 b5= -1, Saliniteit - chloriniteit, De relatie saliniteit-chloriniteit kan volgens UNESCO [ 4 1 voor standaard zeewater wcrden berekend met: S- 1, C (@;/kg) (4) uitgaande van de saliniteit (S) wordt de chloriniteit (C): S c=- (@;/kg) (5) S= saliniteit ($/kg) c= chloriniteit (@;/kg) 2.4. Chloriniteit - chlorositeit. De relatie ahloriniteit-chlorositeit kan worden berekend met: C' = chlorositeit (di) C = chloriniteit (g/kg) 3 p = dichtheid zeewater (kg/m ) - Uitgaande -

8 behoort bu: notitie daium: juli biadnr: 4 nr.wwkz-8;'.v280 Uitgaande van de saliniteit wordt de relatie: O O De dichtheid ( P) is een functie van de saliniteit (S), en de temperatuur (t) en de druk. Tot een diepte van 100 m is de invloed van de druk te verwaarlozen en kan de dichtheid volgens [2clworden benaderd door : P = 1000 t co+ C1.t tc2.t 2 t Cj.t 3 t dl.s td2.s 2 td.s 3 t 3 Co= 8, * 1ow2 C1= 5, * 10-~ C2= -8, * 10-3 C3= 4, * dl- 7, * 10- d2= 1, * 10-4 d3= -6, * O-~ el= - 3, * 10-3 e2-3, * 10-~ e3: 2, * 10-~ t = temperatuur OC s = saliniteit g/kg el.s.tte2.s.t 2 te.s.t 3 (kg/rn3) (8) 3

9 behoort bu: notitie nr. WWKZ-82.V280 bladnr: 5 O -7. Relaties voor de Westerschelde. n het vorige hoofdstuk is ingegaan op de relaties gevonden uit onderzoekjngen voor z.g. "standaard" zeewater, 61 of niet verdund met gedestilleerd water. Het water van de Westerschelde heeft een andere samenstelling dan het z.g. "standaard" zeewater en kan $US niet als zodanig worden opgevat. Voor het onderzoek zi'n de gegevene ver1 de debiet- en zoutgehalte-.aetin&n 70.0l.M80 (mnd sloehaven) en 02.0g,M81 (Sch. van Waarde) beschikbaar. Bij deze metingen werd bij het nemen van de watermonsters aan de oppervlakte tevens met de geleidendheidsmeter (type Beckmari), de geleidendheid en de watertemperatuur genieten. De geleidendheidsmeter bepaald uit de geleidendheid en de watertemperatuur de saliniteit. n tabel 1 zijn een aantal gegevens van het waarnemingsmakeriaal weergegeven. Tabel 1. Overzicht meetgegevens. paramet er --- te mp e r a t uur geleidendheii saliniteit chloriniteit (titratie) L T i a x.. min. eenheid 12,650 25, ,155 10,823 19,l 39,55 29,92 16, 385 'Celsius aantal waarnemingen = 166. Met de geleidendheidsmeter gevonden waarden en de getitreerde watermonsters zijn voor de Westerschelde de hieronder beschreven relaties berekend. 3.1 Vergelijkingsmateriaal: titraties. De titratie in het Laboratorium geschiedt :met een nauwkeudghef8 van circa..,q,014 'bjqq (8tandaardafwijki;ng), hetgeen voor dit probleem'ruimscw6ts,.' voldoende i.s. Conclusie,:,tie 'g6vonden titratiewaarden kunnen als werkelijke chloriniteiten worden beschouwd

10 behoort bij: notitie nr.wwxz-82.v280 bladnr: " Saliniteit, geleidendheid en temperatuur. -Geleidendheid - temperatuur. Uit oceanografische onderzoekingen blijkt, dat de geleidendheid sterk temperatuursafhankelijk is. U i t de geleidendheidsmetingen wordt voor de Westerschelde de volgende relatie gevonden: G= 2,0274.T - 0,2571 (9) correlatiecoëfficient~, 0,96750 standaardafwijking = 0, geleidendheid (rriil&i. Mho/cm!. T= watertemoeratuur ( Celsius). - Seliniteit, geleidendheid en temperatuur. De geleidendheidsmeter berekent uit de geleidendheid en temperatuur de saliniteit. Met de meetgegevens kan de volgende multiple regressievergelijking worden opgesteld: S= -o,5778.t +0,8%98. Gt0,487î (10) correlatiecoëfficient = 0,99825 standaardafwijking = 0,3296 S- saliniteit (&i/kg ) T= temperatuur ( Celsius) G- geleidendheid (milli Mho/cm ) 3.3 Saliniteit - chloriniteit. -0 Zoals in par. 2.3 is vermeld, kan de saliniteit van zeewater worden 1 berekend met: S= 1, C (g/kg 1 de chloriniteit wordt: S C= 1,80655 Deze relatie geldt voor standaard zeewater; het is niet zeker of de chloriniteit van het Westerschel-dewater ook volgens deze relatie kan worden berekend. Wel kan aan de hand van de gevonden saliniteitswaarden (via geleidendheidsmeter) en de chloriniteit (via titratie) een relatie voor Westerscheldewater worden opgesteld. Door ing. J. v.d. Meulen (Deltadienat M..) is onder andere voor de Oosterschelde in deze richting reeds enig onderzoek verricht [4] Voor de Westerschelde wordt de volgende relatie gevonden: de chloriniteit wordt: S= 1,7838. C + 0,85039 (g/kg ) (11) C= 0,5606. s - C,47673 (dkg ) (12) - correlatiecoëfficient -,

11 behoort b!j: notitie nr. WWKZ-82.v280 bisdnr: 7 correlatiecoëfficient = 0,99682 standaardafwij kin@; = 0,250 (g/kg.) C= chloriniteit (titratie) (g/kg ) S= saliniteit (Beckman) (gkg 1 Op bijlage 1 is het correlatiediagram weergegeven. De formule (12) kan gebruikt worden voor het herleiden van de saliniteitswaarden die met de Beckman-geleidendheidsmeter in de Westerschelde worden gemeten naar chlorinitcit. De chloriniteit van de getitreerde watermonsters lag tussen de 6000 en mg/kg;. Extrapolatie van waarden vindt slechts in een klein gebied plaats, daar de chloriniteit in de Westerschelde tussen circa 2000 en mg/kg ligt. De relatie volgens formule (12) heeft een systematische afwijking ten opzichte van de UNESCO - herleidingsformule (5), die wordt veroorzaakt door de afwijkende samenstelling van het Westerscheldewater. De overige foutenbronnen veroorzaken een spreiding met een standaardafwijking van 250 mg/kg (chloriniteit), hetgeen voorhands voor deze toepassing aanvaardbaar is. Verder bleek dat de verschillen tussen de gemeten en de getitreerde chloriniteiten gedurende de metingen (13 uur) niet significant wijzigden: een eventueel verloop van de nauwkeurigheid van de geleidendheidsmeter gedurende de meetduur van 13 uur werd dus niet geconstateerd. De relatie volgens formule 11 moet periodiek b.v. om de 5 jaar worden gecontroleerd. Een afwijkende watersamenstelling kan er de oorzaak van zijn dat deze relatie niet meer geldig is (b.v. nieuwe lozingspunten in het gebied). De relatie moet dan opvieuw worden vastgesteld. 3.4 Chlorinitej t - chlorositeit. De chlorositeit in de Westerschelde kan worden berekend met: ' C'= chlorositeit (g/l) C = chloriniteit (g:/ke3) p = dichtheid (kgím 1. De dichtheid p kan, met formule (8) worden berekend. -4-

12 behoort bu: notitie nr. WWKZ-82.V280 datum; juli 1982 bladnr: S. 11. Vergelijking relatie voor zeewater en Westerscheldewater. n 1902 stelde Knudsen [ 2"1 aan de hand van analyseresultaten uit de Baltische zee de volgende relatie ~ p : O S- 1,8050.c t 0,030 (g/kg ) (13) Op grond van de samenstelling van zeewater zou er een volmaakte evenredigheid moeten bestaan tussen saliniteit en ahloriniteit. De niet volmaakte evenredigheid in de formuie van Knudsen is het gevolg van de invloed van lozing van rivierwater op de Baltische zee. Tri 1962 werd door UNESCO een nieuw onderzoek gedaan met zeewater uit alle delen van de wereldoceanen []. Dit onderzoek resulteerde in de algemeen aanvaarde betrekking: S= 1,80655.C (g/kg ) Voor de Westerschelde werd gevonden: S= 1,7838.C + 0,85039 (g/kg ) (formule 11) O Op bijlage 2 zijn de 3 regressielijnen volgens de formules 4, 11 en 13 weergegeven. Het intercept in de reffressievergelijkinff (11) geeft de invloed van de rivier de Schelde weer. Uit onderzoek door v.d. Meulen [41 blijkt dat de verhoudingen chloriniteit - calcium en chloriniteit - magnesium in de Oosterschelde, Veersemeer en Grevelingen afwijken van die van zeewater; vernoedelijk speelt eenzelfde afwijking een rol bij de relatie saliniteit- chloriniteit voor de Westerschelde.

13 behoort bu: notitie datum: juli bladnr: 9 nr. WWKZ-82.V280 ' 5. ContrÖle aeleidendheidsmeters. Tijdens de metingen wordt gebruik gemaakt van: a) bij de dienst aanwezige geleidendheidsmeters (ijking geschiedt om de 6 maanden door de hoofdafdeling Hydro-instrumentatie). o b) ten behoeve van de meting bij Hydro-instrumentatie geleende geleidendheidsmeters. Ten einde te kunnen nagaan of de geleidendheidsmeters gedurende de meting niet verlopen en om zo nauwkeurig mogelijke waarnemingen te verkrijgen (eventueel na correctie achteraf) wordt de volgende controleprocedure voorgesteld. Deze controle zou in 3 fasen plaats moeten vinden. _ doel: selecteren van foutieve geleidendheidsmeters. methode: in het laboratorium worden de saliniteitswaarden van de geleidendheidsmeters in een te8tbad onderling vergeleken. (oplossing KC1 en 20 C). - criterium:saliniteit, AS 4 0,20 AS = S(X) - wggrini AS = afwijking saliniteitswaarde S (x) = saliniteitswaarde meter x (gemiddelde van minimaal 2 metingen). = P,S(x)/n. s X'1 bij AS>O,20: geleidendheidsmeter niet gebruiken. - doel:- tijdens de meting te sterk verlopende geleidendheidsmeters vervangen. -eventueel

14 behoort b(i: notitie bladnr: 10 nr. WWKZ-82.V2BO -- methode: de - eventueel verloop van de calibratie corrigeren. geleidendheidsméters aan boord van de meetschepen om de 2 uur vergelijken met de geleidendheidsmeter van de contröleboot. - criterium: saliniteit, AS$ 0,4 1 AS Sm - SC AS = afwijking saliniteitswaarde Y = saliniteitswaarde meetschip Sc = saliniteitswaarde contröleboot wanneer AS>0,4: geleidendheidsmeter calibreren, blijft de afwijking dan de geleidenâheidsrneter vervangen., - doel: bijstellen meetwaarden. - methode: Elk uur gelijktijdig met een geleidendheidsmeting aan het wateroppervlak een contrôlemonster van het oppervlaktewater nemen. Chloriniteit van het getitreerde watermonster vergelijken met de berekende chloriniteit via geleidendheidsmeting. (formule C = 0,5605 S - 0,47673 g/kg) criterium: Chloriniteit, - ACsO,25 g/kg AC CT - Cs AC = afwijking chloriniteit Cs chloriniteit getitreerd monster Cs 3 berekende chloriniteit (via saliniteit). l R - bij AC >0,25 dkg fout t.o.v. 2 opéénvolgende getitreerde watermonsters lineair interpoleren in de tijd en meetwaarden hiermede corrigeren. -6-

15 a 8 behoort bu: notitie nr.wwkz-82.v280 1 bladnr: Conclusie. 1. De met de Beckman-geleidendheidsmeter bepaalde saliniteiten voor de Westerschelde kunnen worden omgerekend naar chloriniteiten volgens: C 0,5605 x S - 0, _ (g/kd standaardafwijking = 250 (g/kg) C chloriniteit S = saliniteit 2. Contrôle geleidendheidsmeters in de volgende fasen uitvoeren: a) contrôle voor de meting b) contrôle tijdens de meting c) contrôle na de meting 3. Periodiek b.v. om de 5 jaar de relatie saliniteit -chloriniteit voor het gebied controleren. Hiervoor moet de relatie aan de hand van metingen opnieuw worden bepaald. f l

16 i R behoort bij: notitie WWKZ nr. 82.V280 bladnr: 12 - Liter at uur 1 ij s t [1 UNESCO - Second report of the Joint Panel on Oceanographic Tables and Standards. UNESCO technica1 papers in marine science. 1 [ 21 a) M. Knudsen. Hydrografische tabellen. Kopenhage, i31 b) Thomas, Thompson and Utterback. The electrical conductivity of seawater, c) R.A. Cox, B. Culkin and J.P. Riley. The electrical conductivity/chlorinity relationships in natura1 seawater. Deepsea research, ir. J. J. Elzermari. Samenstelling en dichtheid van zeewater. Arrondissement fnoordzeekanaal, Studiedienst Jmuiden. Rijkswaterstaat, juli i1 ing. J. v.d. Meulen. Chlorositeit bepaald uit geleidendheid (saliniteit) voor Oosterscheide, Greveiingen en Veerse meer. Rijkswaterstaat, Delta Dienst DDM. Nota DDM

17 behoort bu: notitie nr. WWKZ-82.V280 bladnr: 13 Lijst van bijlapen bijlage nr. 1 omschrijving Correlatiediagram saliniteit - chloriniteit. tekening, nr. Al Overzicht regressielijnen. Al

18 NOTTE V82.V280 B'JLAGE 1 directie waterhuishouding en waterbeweging district kust en zee - adviesdienst Vlissingen get. w.m. bijl. 1 gec. E, relatie geieidcndheid-chloriniteit westerschelde gez. S U, correlatie diagram saliniteit -chloriniteit lakk.l& A nr

19 NOTTE V82.V280 B3LAGE 2 C: CHLORNTET (g/kg) t o e l i c h t i n g regressielijn voigeni UNESCO voor zeewaier ( S z 1,80655 C ) --- regressieli)n volgens Knudien voor Oost zeewaier (S i C regressielijn voor Westerscheldewoter (sr i,mm c. o,eoo39 riikswaterstaat get. diiectie waterhuishouding en waterbeweging l i? district kust en zee - adviesdienst Vlissingen relatie geieidendheid -chloriniteit westerscheide overzicht regressielijnen w.m bijl. 2 pec.1 Q gez. fw akk.p, A nr