Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren (SEBAB)

Transcriptie

1 BEHEERSEENHEID VAN HET MATHEMATISCH MODEL VAN DE NOORDZEE GROEP MODELLEN Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren (SEBAB) Eindrapport Michael Fettweis & Dries Van den Eynde SEBAB/1/MF/200103/NL/ER/1 Voorbereid voor Afdeling Waterwegen Kust, Administratie Waterwegen en Zeewezen, Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, contract SEBAB BMM Gulledelle 100 B 1200 Brussel België

2

3 Inhoudstafel 1. Inleiding Doel van het SEBAB project Publicaties binnen het SEBAB-project 4 2. Particulair Suspensiemateriaal (SPM) op het Belgisch Continentaal Plat: Literatuurstudie SPM brongebieden SPM transport en concentratie Residuele stroming door de Straat van Dover SPM concentratie SPM transport Bagger en stortactiviteiten 7 3. Beschrijving van het Sedimenttransportmodel Het 2D hydrodynamisch MU-BCZ model Het MU-WAVE model Het 2D MU-STM model Transport van particulair suspensiemateriaal Het sedimenttransportmodel Oppervlaktesedimenten: actieve lagen en bodem Parameterwaarden Randvoorwaarde Erosie- en sedimentatiegebieden Turbiditeitsmaximum en residueel SPM transport Dispersie van het fijn materiaal bij opeenvolgende dumpingen Sedimentbalans van het Belgisch Continentaal Plat Slibhoeveelheden in het model Slibbalans Efficiëntie van de stortplaatsen Conclusies en aanbevelingen Belangrijke conclusies Aanbevelingen 27 1

4 7. Referenties Lijst met afkortingen en definities 32 2

5 1. Inleiding De Belgisch/Nederlandse kustzone tussen Oostende en de Westerschelde (Zuidelijke Noordzee) is gekarakteriseerd door slibvelden en een hoge slibconcentratie in het water. De wateren zijn gekenmerkt door een geringe diepte, een goede menging en een hoge hydrodynamische energie. Het voorkomen van slibvelden geassocieerd met een turbiditeitsmaximum in een gebied met hoge hydrodynamische energie is in het verleden reeds het onderwerp geweest van enkele studies. De verklaringen die in deze studies worden gegeven zijn allen gebaseerd op een hydrodynamische valluik theorie, zoals een neer of divergerende of convergerende residuele stroming- of transportpatronen (Bastin, 1973; Nihoul, 1975; Gullentops et al., 1976). De tracerproeven en de STAberekeningen (Sediment Trend Analyse) die in opdracht van Afdeling Waterwegen Kust (WWK) door HAECON NV (1994a, 1994b) werden uitgevoerd, suggereren dat de slibfractie van het gebaggerde materiaal, dat in een zone dicht bij de kust wordt gedumpt, zeer snel en volledig recirculeert en dus door de stromingen en golven als het ware ter plaatse gevangen blijft. Malherbe (1991) besluit hieruit dat de sedimentbalans in een turbiditeitsmaximum best vergeleken kan worden met een nagenoeg gesloten systeem dat heel weinig uitwisseling kent met naburige systemen. Uit de resultaten van berekeningen met sedimenttransportmodellen, die door de BMM in opdracht van WWK werden uitgevoerd (Van den Eynde, 1994; 1995; 1997a; 1997b) blijkt echter dat dit beeld niet volledig juist is vermits het baggermateriaal tijdens stormen in de richting van de residuele stroming wordt verplaatst. Omdat zuidwestenstormen overheersen, betekent dit dus een netto transport van het gedumpte materiaal naar Nederland. Het is opmerkelijk dat theorieën van bijna gesloten sedimentsystemen ter hoogte van de Belgisch/Nederlandse kust nog steeds gebruikt worden om het voorkomen van turbiditeitsmaxima te verklaren. De huidige computer infrastructuur laat immers toe om de roosterafstand van een numeriek model zodanig te verkleinen dat de lokale hydrodynamica met voldoende detail kan gesimuleerd worden. Resultaten van een 2D model met fijn rooster worden hieronder voorgesteld. Deze laten geen neer zien in de residuele circulatie die een ophoping van de fijnkorrelige sedimenten zou kunnen verklaren. Er kon ook geen gesloten sedimentsysteem geïdentificeerd worden Doel van het SEBAB project Er wordt algemeen aanvaard dat een belangrijk transport van particulair materiaal in suspensie (SPM) gebeurt via de Straat van Dover, langs het Belgisch Continentaal Plat (BCP) richting Nederland. De doelstellingen van het SEBAB project zijn om het sedimenttransport op het BCP te bespreken, om de mogelijke brongebieden van het slib in suspensie en op de bodem te onderscheiden en om een slibbalans op te stellen. Gebruik makend van deze data kan de verhouding tussen de hoeveelheid materiaal die jaarlijks gebaggerd en gestort wordt en de hoeveelheid materiaal die jaarlijks op natuurlijke wijze het BCP 3

6 binnenkomt en langs de Belgische kustzone stroomt bepaald worden. Een nauwkeurige kennis van deze verhouding samen met de hydrodynamica en de sedimentologie van het gebied, laat toe om de efficiëntie van de huidige stortplaatsen te schatten. Wanneer deze verhouding groot is, kan dit betekenen dat het baggeren van de vaargeulen en havens een belangrijk proces is in de Belgische kustwateren en dat door de keuze van goede stortplaatsen het rendement van de baggerwerkzaamheden verhoogd kan worden. Is deze verhouding evenwel klein dan is het dumpen van de baggerspecie een onbelangrijk proces ten opzicht van de natuurlijke opvulling van de baggerplaatsen met materiaal dat via de Franse grens het BCP binnenkomt. Dit zou dan betekenen dat de keuze van de ligging van de stortplaatsen van ondergeschikt belang is (wat betreft het rendement van de baggerwerken) Publicaties binnen het SEBAB-project Er werden volgende rapporten opgesteld: BMM RV BELGICA Campagnes SEBAB-I 1999, Monitoring Sediment Transport, BMM-MDO/ /RV BELGICA 1999/MONIT/SEBAB. BMM RV BELGICA Campagnes SEBAB-I 2000, Monitoring Sediment Transport, BMM-MDO/ /RV BELGICA 2000/MONIT/SEBAB. BMM RV BELGICA Campagnes 2001/01 en 2001/06 SEBAB-I, Monitoring Sediment Transport, BMM-MDO/ /RV BELGICA 2001/ MONIT/SEBAB. Fettweis, M. & D. Van den Eynde Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren. Activiteitsrapport 1: Literatuurstudie. BMMrapport SEBAB/1/XX/199912/NL/AR/1, 35 pp. Fettweis, M. & D. Van den Eynde Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren. Activiteitsrapport 2: Berekeningen met sedimenttransportmodellen. BMM-rapport SEBAB/1/MF/200006/NL/AR/2, 45 pp. Fettweis, M. & D. Van den Eynde Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren. Activiteitsrapport 3: Berekeningen met sedimenttransportmodellen. BMM-rapport SEBAB/1/MF/200011/NL/AR/3, 35 pp. Fettweis, M. & D. Van den Eynde Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren. Eindrapport. BMM-rapport SEBAB/1/MF/ /NL/ER/1, 33 pp. Fettweis, M. & D. Van den Eynde Sediment Balance of the Belgian Coastal Waters. Final report. MUMM-report SEBAB/1/MF/200103/EN/ FR/1, 33 pp. Fettweis, M., S. Wartel & F. Francken Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren. Technisch rapport 1: Sedimentologische analysen van bodemstalen. BMM-rapport SEBAB/1/MF/200105/NL/TR/1. Van den Eynde, D Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren. Technisch rapport 2: Het Bed-load transport model. BMMrapport SEBAB/1/DVDE/200105/NL/TR/2. 4

7 2. Particulair Suspensiemateriaal (SPM) op het Belgisch Continentaal Plat: Literatuurstudie 2.1. SPM brongebieden McManus & Prandle (1997) hebben aangetoond dat enkel de Straat van Dover, de noordelijke rand (56 N), The Wash en de Suffolk-kust statistisch significante SPM bronnen zijn in de Zuidelijke Noordzee. Op het BCP vallen de hoge gehaltes aan het mineraal smectiet op (Irion & Zöllmer, 1999). Dit wordt toegeschreven aan de erosie van de Krijt-formaties in de Straat van Dover. Gossé (1977) en later Eisma (1981), Van Alphen (1990) en Salden & Mulder (1996) maken melding van erosie van de Vlaamse Banken als een bron voor het SPM in de Belgische en Nederlandse kustzone. Baeteman (1999) vermeldt het voorkomen van dagzomende tertiaire en Holocene klei, slib- en turflagen in de dieper gelegen gebieden (zoals de vaargeulen). Deze zijn waarschijnlijk ook een bron van het suspensiemateriaal. Het bodemtransport tussen het Kanaal en de zuidelijke Noordzee is klein en sterk variërend (Velegrakis et al., 1997). Het bestaat uit herwerkte lag afzettingen en uit recente afzettingen. Het recent materiaal heeft een biologische en fysische (erosie van kliffen en van secundaire en tertiaire zand- en kleilagen) oorsprong SPM transport en concentratie Residuele stroming door de Straat van Dover Data wijzen op een op lange termijn netto residuele stroming naar de Zuidelijke Noordzee vanuit het Engels Kanaal. De netto flux door de Straat van Dover is variabel en vooral afhankelijk van meteorologische condities. De jaarlijkse fluctuaties kunnen 15-20% bedragen (Salden & Mulder, 1996). Salomon et al. (1993) hebben met een 2D hydrodynamisch model een residueel transport van 0.114x10 6 ± 0.016x10 6 m³/s berekend. Eveneens met een 2D hydrodynamisch model berekende Garreau (1997) een M 2 flux van 0.048x10 6 m 3 /s door de Straat van Dover. De netto residuele stroming is opgesteld voor een jaarlijks gemiddelde windsnelheid en richting en bedraagt 0.105x10 6 m 3 /s. Prandle et al. (1993b) hebben met hoge frequentie (HF) radar metingen een netto residueel transport van 0.04x10 6 m 3 /s (M 2 getijcomponent) verkregen. Prandle et al. (1993a) geven een waarde voor het lange termijn netto residuele transport door de Straat van Dover van 0.11x10 6 m 3 /s. Door de HF-radar metingen te combineren met ADCP snelheidsprofielen werd een netto residuele instroming berekend van 0.094x10 6 m 3 /s (Prandle, 1993; Prandle et al., 1996). 5

8 SPM concentratie Voor de Belgisch/Nederlandse kust wordt een hoge SPM concentratie waargenomen. De concentratie neemt af naar zee en is groter tijdens de winter dan de zomer. Ter hoogte van De Panne werden waarden van 70 mg/l (winter) en 6-45 mg/l (zomer) gemeten (Gullentops et al., 1976). Turbiditeitsmetingen langs de Nederlandse kust (Groenendijk, 1992) bevestigen deze grote verschillen tussen de seizoenen. Groenendijk kan deze variatie niet verklaren door enkel de meteorologische condities, hij wijst ook op het verschil in biologische activiteit. Eisma & Kalf (1987) vermelden dat de SPM concentratie langs de centrale as van de Zuidelijke Noordzee relatief constant is met een waarde lager dan 5 mg/l. De hoge concentraties langs de Belgisch kust en de Thames monding worden verklaard door neren in de residuele waterflux en door kustwaartse bodemstromingen (Van Raaphorst et al., 1998). De jaarlijks gemiddelde SPM concentratie in de Straat van Dover varieert tussen 3.4 mg/l offshore en 10.6 mg/l langs de kusten (Van Alphen, 1990). Gedurende het FLUXMANCHE I project werden SPM concentraties gemeten in de Straat van Dover (Lafite et al., 1993). In het midden van het Kanaal zijn de SPM concentraties gedurende het volledige jaar laag ( mg/l, gemiddeld 4.4 mg/l). In de kustwateren zijn de gemeten variaties gelegen tussen mg/l (gemiddeld 15.3 mg/l). Uit de residuele lange termijn flux door de Straat van Dover van 0.094x10 6 m³/s (Prandle, 1993) en het jaarlijks gemiddelde SPM transport van 44.4x10 6 t/yr (McManus & Prandle, 1997), volgt een jaarlijks gemiddelde SPM concentratie van 15.0 mg/l ( mg/l). Deze waarde is drie keer hoger dan de waarden, die werden bekomen in het FLUXMANCHE I project en dan de waarde van Holt & James (1999) SPM transport In de wetenschappelijke literatuur worden waarden vermeld tussen 2.5x x10 6 t/yr voor het residueel SPM transport door de Straat van Dover. Deze variaties kunnen zowel toegeschreven worden aan de gebruikte meettechnieken als aan natuurlijk optredende fluctuaties. Eisma & Kalf (1979) berekenden een SPM transport van 11.5x x10 6 t/yr. Later worden waarden genoemd van 22x x10 6 t/yr (Eisma & Kalf, 1988), 17x10 6 t/yr (Van Alphen, 1990) en 19.2x10 6 t/yr (Lafite et al., 1993), waarvan 5-22% langs de Franse kust ter hoogte van Cap Griz Nez (dit is 0.9x x10 6 t/yr). Tijdens het MAST-FLUXMANCHE II project (Velegrakis et al., 1997) wordt het SPM transport geschat op 21.6x10 6 ± 2.1x10 6 t/yr. McManus & Prandle (1997) gebruikten numerieke modellen en meetdata om een gemiddelde waarde van 44.4x10 6 t/yr (21.8x x10 6 t/yr) te berekenen. Metingen in het Engels Kanaal duiden op een netto flux van 2x x10 6 t/yr in oostelijke richting (Velegrakis et al., 1999). Uit metingen in het Kattegat en de Skagerrak blijkt de sedimentaccumulatie vier keer hoger te zijn dan voordien werd aangenomen (de Haas, 1997). Hieruit volgt dat de slibflux door het Kanaal beduidend groter moet zijn en minimaal 46x10 6 t/yr bedraagt, wat ook de hoge waarde van McManus & 6

9 Prandle (1997) bevestigt. De residuele stroming- (Prandle, 1993; Prandle et al., 1993a) en SPM transportdata (Eisma & Kalf, 1979; Van Alphen, 1990) laten blijken dat ongeveer de helft van de SPM flux door de Straat van Dover afgeleid wordt naar de zuidoostelijke kusten van de Noordzee. Steunend op de boven vermelde SPM-transport waarden stroomt dus tussen de 1.3x x10 6 t/yr langs de Frans/Belgische kustzone. De waarde van 22.2x10 6 t/yr, die verder gebruikt zal worden is van McManus & Prandle (1997). Het Westerschelde estuarium wordt gewoonlijk beschouwd als een put voor slib: 0.6x10 6 t/yr (Van Alphen, 1990) of 0.1x10 6 ± 0.2x10 6 t/yr (van Maldegem & Vroon, 1995) Bagger en stortactiviteiten Jaarlijks worden ongeveer 10x x10 6 t aan sedimenten gebaggerd om de havens en vaargeulen open te houden voor scheepvaart. De belangrijkste baggerplaatsen zijn de haven van Zeebrugge en de vaargeulen Pas van het Zand, Scheur West and Scheur Oost, zie tabel 2.1. In figuur 2.1 wordt een kaart getoond met de ligging van de stortplaatsen. Zand+Slib Zand Slib Gebaggerd uit de vaargeulen B/ (8.02) 0.94 (4.42) 2.84 (3.60) B/ (0.08) 0.19 (0.02) 0.53 (0.06) B/ (0.00) 0.00 (0.00) 0.00 (0.00) B/ (0.45) 0.00 (0.08) 0.00 (0.37) Gebaggerd uit havens B/ (2.91) 0.01 (0.03) 1.38 (2.88) B/ (0.04) 0.01 (0.00) 0.17 (0.04) B/ (2.96) 0.03 (0.03) 2.97 (2.93) B/ (0.17) 0.01 (0.01) 0.61 (0.16) Som vaargeulen 4.50 (8.55) 1.13 (4.52) 3.37 (4.03) Som havens 5.18 (6.07) 0.05 (0.07) 5.13 (6.01) Totaal 9.68 (14.62) 1.18 (4.58) 8.50 (10.04) Tabel 2.1: Hoeveelheid slib en zand (in 10 6 TDS) gebaggerd in 1998 (1999) uit de vaargeulen en de havens (95% is van Zeebrugge) en gestort op de vermelde stortplaatsen (data zijn afkomstig van Afdeling Waterwegen Kust, AWZ). Het zandgehalte van de gebaggerde sedimenten bedraagt gemiddeld 10% (variërend tussen 1% in de havens en 30% in de vaargeulen), De hoge zandgehaltes in de sedimenten die gestort werden op B/1 in 1999 zijn afkomstig van de verdiepingsbaggerwerken van het Scheur Oost en het Scheur West. Het zand- en slibgehalte wordt in het ruim van het schip bepaald met een zo genoemde hopper well densimeter (TVNK, 1998b). De belangrijkste stortplaatsen zijn B/1 en B/6. De hydrodynamische conditie op B/1 is zodanig dat het grootste deel van de fijne fractie in suspensie komt tijdens of kort na de storting. Dit weerspiegelt zich ook in de bodemsamenstelling (BMM & BWZ, 1993; TVNK, 1998a) die uit meer dan 85% zand (D50: 230 µm) bestaat. Stortplaats B/6 is gesitueerd in een zone met divergenties in het residueel transport patroon, de bodemsedimenten bestaan hier uit 80% slib (<63 µm). 7

10 Gedurende 1999 werden hier ongeveer 3x10 6 TDS slib uit de haven van Zeebrugge gestort. Figuur 2.1: Liggingplan van de stortplaatsen. 8

11 3. Beschrijving van het Sedimenttransportmodel In de toepassingen hier beschreven, wordt gebruik gemaakt van tweedimensionale modellen. De stromingen en waterstanden worden berekend met het hydrodynamische model MU-BCZ, terwijl het golfklimaat berekend wordt met het MU-WAVE model. Het sedimenttransport wordt gesimuleerd met het 2D MU-STM model. Elk van deze modellen zal kort worden toegelicht Het 2D hydrodynamisch MU-BCZ model Het 2D hydrodynamische model MU-BCZ berekent de dieptegeïntegreerde stroomsnelheid en waterstanden op een rooster onder de invloed van getijden en meteorologische effecten. Het model lost de klassieke ondiepwatervergelijkingen op. De bodemspanning wordt berekend met een kwadratische wet. De lange golfvergelijkingen worden opgelost met een volledig expliciete eindige differentiemethode op een Arakawa-C rooster. Het model is toegepast op de Belgische kustzone en de Vlaamse Banken. Het rooster heeft een resolutie van 25 x 40, d.i. ongeveer 750 m x 750 m, zie figuur 3.1. Aan de open randvoorwaarden is het model gekoppeld met het hydrodynamische MU-STORM model, dat de Noordzee en het Kanaal omvat. Vier halfdagelijkse getijcomponenten (M 2, S 2, N 2, K 2 ) en vier dagelijkse componenten (O 1, K 1, P 1, Q 1 ) drijven dit Continentaal Plat model aan. Aan de uitstroming van de Schelde is het model gekoppeld met een ééndimensionaal model voor het Schelde-estuarium. Figuur 3.1: Bathymetrie van de Belgische kustzone en de Vlaamse Banken. 9

12 3.2. Het MU-WAVE model Voor de berekening van de golven op het Belgisch Continentale Plat wordt het MU-WAVE model (Van den Eynde, 1992) gebruikt. De kern van het model bestaat uit het tweede generatie HYPAS model (Günther & Rosenthal, 1985) dat de onafhankelijke berekening van de deiningenergie voor verschillende frequenties en richtingen met behulp van een straalmethode combineert met een parametrisch zeegangsmodel, dat de JONSWAP parameters en de gemiddelde zeegangsrichting als prognostische variabelen gebruikt. Voor deze toepassing is het model geïmplementeerd op twee gekoppelde stereografische roosters. In de gehele Noordzee wordt een model met een resolutie van 50 km x 50 km gebruikt, terwijl in de Zuidelijke Bocht van de Noordzee een fijner modelrooster met een resolutie van 5 km x 5 km wordt gebruikt Het 2D MU-STM model Het 2D sedimenttransportmodel MU-STM is een semi-lagrangiaans model, dat gebaseerd is op de Second-Moment methode (de Kok, 1994). Het model kan rekening houden met verschillende sedimentklassen en berekent dan voor elk van deze klassen de advectie en de diffusie van het materiaal in suspensie onder de invloed van de getijdenstromingen en van de stromingen, voortgebracht door golven (Stokesdrift). In de hier besproken toepassingen is enkel met slib (fractie <63 µm) rekening gehouden. De bodemspanning wordt berekend onder het gecombineerde effect van stromingen en golven volgens een aangepaste versie van Bijker s formule (Van den Eynde & Ozer, 1993). De erosie en de depositie worden gemodelleerd volgens Partheniades (1962) en Krone (1962). De hoeveelheid geërodeerd materiaal is dus een functie van de erosieconstante M en van de kritische erosieschuifspanning t ce, terwijl de afzetting afhangt van de valsnelheid w s en de kritische schuifspanning voor depositie t cd. 10

13 4. Transport van particulair suspensiemateriaal 4.1. Het sedimenttransportmodel Oppervlaktesedimenten: actieve lagen en bodem Onderzoek naar de afzetting en consolidatie van niet homogene cohesieve sedimenten (slib/zand mengsels) hebben aangetoond dat het zandgehalte een grote invloed heeft op de erosiedrempel, de erosieconstante en de consolidatie (Torfs et al., 1996; Williamson & Torfs, 1996). Lou & Ridd (1997) hebben een model voor verschillende sedimentfracties bestaande uit actieve lagen boven op een onbeweegbare bodem voorgesteld. In ons model zal enkel de fractie <63 µm beschouwd worden en wordt een ander concept van actieve lagen en bodem gebruikt. De vorming van een cohesieve sedimentlaag is het gevolg van het neerslaan van partikels en de consolidatie ervan. Deze processen veranderen de erosiegevoeligheid van de bodem en zijn geïmplementeerd in de actieve lagen van het model. Het consolidatiemodel steunt op het werk van Hayter (1986), Le Normant (1995) en Williamson & Torfs (1996). Elke laag wordt gekenmerkt door een droge densiteit en een ouderdom. Indien het sediment in een bepaalde laag een zeker ouderdom bereikt heeft dan valt het in de volgende laag die een hogere densiteit heeft. De droge densiteit bepaalt de kritische schuifspanning voor erosie. De onderste actieve laag heeft dezelfde kritische erosieschuifspanning als de bodemlaag. Figuur 4.1: Slibgehalte (gew. %) van de bodemsedimenten en residueel watertransportvectoren. 11

14 De bodemlaag wordt gebruikt als beginvoorwaarde voor de modelsimulaties. Het concept van bodemlaag steunt op de veronderstellingen dat de sedimenten geconsolideerd zijn, het zand en slib goed gemengd zijn, de sedimenten enkel kunnen eroderen indien de bovenliggende actieve lagen leeg zijn en de erosie van het slib uit de bodem evenredig is met het slibgehalte in de bodem. Dit laatste wordt bereikt door de erosieconstante te vermenigvuldigen met het slibgehalte. Het slibgehalte werd berekend in elke roostercel door een afstand gewogen interpolatie gebruikmakend van ongeveer 1400 bodemstalen, figuur 4.1. In de bodemlaag kan geen sediment afgezet worden. Drie soorten van simulaties worden besproken. De eerste (S1) heeft een beginvoorwaarde met overal evenveel slib (dit is 176 kg/m²). Bij de tweede simulatie (S2) is het slibgehalte verdeeld volgens de meetpunten. (176 kg/m² x slibgehalte in %). Een derde soort simulatie (S3) heeft een nul beginvoorwaarde, dus geen slib in de bodem Parameterwaarden De kritische schuifspanning voor erosie τ ce van estuarien of kustslib varieert tussen Pa (Berlamont et al., 1993) en wordt berekend als een functie van de bulk densiteit van het sediment (Williamson & Torfs, 1996). In het model worden waarden voor τ ce van 0.5 Pa (vers slib) en 0.79 Pa (na 48 uren) gebruikt. De schuifsterkte van de bodemlaag bedraagt 0.8 Pa. Voor 100% slib bedraagt de erosieconstante M kg m -2 s -1. In sedimenten met een lager slibgehalte (enkel in de bodemlaag) wordt de erosieconstante vermenigvuldigd met de slibfractie. De valsnelheid is constant en bedraagt 1 mm/s. Deze waarde houdt impliciet rekening met flocculatie processen (Brenon & Le Hir, 1999). Typische waarden voor de kritische depositieschuifspanning τ cd, die in een laboratorium werden gemeten variëren tussen Pa (Berlamont et al., 1993), hier werd een waarde van 0.5 Pa gebruikt. Een hoge waarde bevordert afzetting van slib Randvoorwaarde De SPM concentratie randvoorwaarde werd opgesteld door gebruik te maken van metingen uit het BMM Monitoring Programma en andere meetdata (Eisma & Kalf, 1987; Gossé, 1977; Groenendijk, 1992; Gullentops et al., 1976; Salden, 1998), in Fettweis & Van den Eynde (2000) wordt een gedetailleerde beschrijving hiervan gegeven Erosie- en sedimentatiegebieden Gebieden met een hoog gehalte aan slib zijn overwegend sedimentair, alhoewel in de diepere geulen ook oudere (Holoceen of Tertiair) slib- of kleilagen mogelijk dagzomen en eroderen. De hoge hydrodynamische energie in het beschouwde gebied, zie figuren , bevordert niet de afzetting van fijnkorrelige sedimenten. Dronkers & Miltenburg (1996) hebben echter aangetoond dat slib ook kan afgezet worden in een woelige omgeving. 12

15 Figuur 4.2: Percentage van de tijd dat de bodemschuifspanning groter is dan de kritische schuifspanning voor erosie van niet geconsolideerd slib (τ ce = 0.5 Pa). (a) doodtij (b) springtij. Figuur 4.3: Maximum bodemschuifspanning gedurende (a) doodtij en (b) springtij. Figuur 4.4: Slib in de bodemlaag na 2 jaar simulatie (a) S1 (initieel 176 kg/m²), (b) S2 (176 kg/m² x slibgehalte). 13

16 Figuur 4.5: Slib (kg/m²) in actieve lagen na 2 jaren simulatie voor een S1-simulatie, dit is initieel overal evenveel slib in bodemlaag (176 kg/m²). (a) doodtij en (b) springtij. 100 kg/m² komt overeen met een sliblaag van ±8 cm bij een bulkdensiteit van 1300 kg/m². Figuur 4.6: idem als figuur 4.5 maar nu voor een S2-simulatie, dit is met een initiële slibverdeling in bodemlaag volgens meetdata, zie figuur 4.1 (176 kg/m² x slibgehalte). Figuur 4.7: idem als figuur 4.5 maar nu voor een S3-simulatie, dit is initieel geen slib in bodemlaag. 14

17 De modelresultaten laten zien dat het slib in het turbiditeitsmaximum en in de slibvelden afkomstig is uit zowel de Straat van Dover, als van resuspensie en van erosie van oudere sliblagen. De vaargeulen tussen Zeebrugge en de Westerschelde zijn erosief zoals uit figuren 4.2 en 4.3 mag blijken. Uit de bodemlaag kan enkel slib verdwijnen. In figuur 4.4 wordt de hoeveelheid slib getoond die na 2 jaar simulatie nog aanwezig is in de bodem (enkel S1 en S2 simulatie). Deze hoeveelheid is nog steeds hoog bij de S1 simulatie omdat in de zandige gebieden de erosieconstante voor slib heel klein is. De modelresultaten tonen aan dat de vaargeul Scheur Oost slibvrij is, dit is een erosief gebied. In de slibrijke gebieden is de slibhoeveelheid nauwelijks veranderd, omdat hier de bodemlaag afgeschermd wordt door het slib in de bovenliggende actieve lagen. In figuren wordt het slib getoond, dat werd afgezet in de actieve lagen na 2 simulatiejaren getoond. De resultaten werden gemiddeld over een tijcyclus. Het volgende kan opgemerkt worden: Gedurende een springtij bevindt zich minder slib op de bodem dan gedurende een doodtij. De SPM concentratie volgt een tegengesteld patroon, met hoge concentraties gedurende een springtij en lage gedurende een doodtij (zie figuren ). Met de randen als enige slibbron (S3) zijn de slibvelden minder uitgestrekt. Het vraagt lange termijn simulaties (meerdere jaren) om een vergelijkbare distributie te verkrijgen als in S1 en S2. Slib moet aanwezig zijn in de bodemlaag om een slibverdeling in de actieve lagen te verkrijgen die (beter) overeenkomt met de meetdata, omdat niet al het slib in de bodem van recente oorsprong is. De verschillen tussen modelresultaten en velddata zijn daarom de oorzaak van zowel de beperkingen van het model, de gebruikte interpolatietechniek om de beginvoorwaarde op te zetten als ook een te geringe kennis van de zeebodem. Gedurende enkele RV BELGICA campagnes die binnen dit project werden uitgevoerd, werden ook bodemstalen genomen. Deze lieten zien dat de compactie, de kleur, densiteit, het schelpen- en zandgehalte van de slibrijke sedimenten sterk verschilden van plaats tot plaats. De stalen tonen dat verschillende typen van slib in de kustzone voorkomen. Deze variabiliteit is enkel beperkt in het model aanwezig Turbiditeitsmaximum en residueel SPM transport De distributie van het suspensiemateriaal wordt beïnvloed door een reeks met elkaar verweven processen, zoals temperatuur en biologische activiteit, resuspensie en depositie, hydrodynamica en turbulentie, mineralogische samenstelling, chemische eigenschappen, aggregaatvorming en flocculatie. Het relatieve belang van elk van deze processen is moeilijk te kwantificeren, deels wegens gebrek aan observaties en deels wegens de complexe aard van de processen en de koppeling tussen elkaar. Het voorkomen van slibvelden geassocieerd met turbiditeitsmaxima in een gebied met hoge hydrodynamische energie is reeds het onderwerp geweest van diverse studies. De in deze studies gegeven verklaringen steunen allen op een zogenoemde hydrodynamische val, waarin het uit de Franse kustzone 15

18 komende suspensiemateriaal gevangen wordt. Deze val is een neer of een divergerende of convergerende residuele stroming- of transportpatroon (Bastin, 1973; Nihoul, 1975; Gullentops et al., 1976; Malherbe, 1991). Steunend op de modelresultaten die hier voorgesteld worden, verklaren we het voorkomen van een turbiditeitsmaximum door de toevoer van het suspensiemateriaal via de Straat van Dover, het ondiepe karakter van het gebied, de specifieke hydrodynamische eigenschappen en de afname in grootte van de residuele transportvector vanaf de Frans/Belgische grens naar Zeebrugge. Het turbiditeitmaximum is verbonden met het voorkomen van de slibvelden en omgekeerd. In figuren worden de getijgemiddelde SPM concentraties gedurende een dood- en een springtij voor een S1- en een S3-simulatie getoond. Figuur 4.8: Getijgemiddelde SPM concentratie (in mg/l) na 2 jaar simulatie (S1-simulatie). De SPM randvoorwaarde werd afgeleid uit meetdata. Initieel is er overal evenveel slib in de bodemlaag (176 kg/m²). (a) doodtij en (b) springtij. 100 kg/m² komt overeen met een sliblaag van ±8 cm bij een bulkdensiteit van 1300 kg/m². Figuur 4.9: idem als figuur 4.8 maar nu voor een S3-simulatie, dit is initieel geen slib op de bodem. 16

19 Figuur 4.10: Concentratie (mg/l) van het totale suspensiemateriaal afgeleid uit SeaWifs beelden. voor De beelden werden genomen op 14/03, 28/03, 27/04, 28/04, 29/04, 09/07, 11/07, 24/07 en 28/07. Schaal is van donker blauw (0 mg/l) tot donker rood (100 mg/l). De satellietbeelden (figuur 4.10) tonen de oppervlakteconcentratie van het totale suspensie materiaal op een bepaald moment gedurende een tijcyclus. De beelden laten duidelijk zien dat de SPM concentratie sterk varieert, deze variaties gebeuren met een tijdschaal van een getij, een doodtij-springtij cyclus en de seizoenen. Voor een S1-simulatie bedraagt het gemiddeld residueel SPM transport door de westelijke rand 7.9x x10 6 t/yr. De eerste waarde is zonder, de tweede met meteorologische aandrijving. Indien initieel geen slib op de bodem is (S3-simulatie), dan bedraagt het residueel SPM transport 8.1x x10 6 t/yr. De iets hogere waarden bij S3 zijn het gevolg van het noord- 17

20 oostwaarts gerichte residueel water transport (figuur 4.11) en benadrukken het belang van de zeebodem (resuspensie of erosie) als bijkomende slibbron ( 2.1). De meetdata die gebruikt werden om de slibconcentratierandvoorwaarde op te stellen, geven een lagere waarde voor het residueel slibtransport dan werd afgeleid uit literatuurgegevens. D kan wijzen op een onderschatte SPM concentratie langs de randen of op een overschat residueel slibtransport langs de Belgische kust ( 2.2). Figuur 4.11: Residueel watertransport op het Belgisch Continentaal Plat voor het jaar 1999 (enkel getij), berekend met het twee-dimensionaal hydrodynamisch model MU-BCZ Dispersie van het fijn materiaal bij opeenvolgende dumpingen Door de overvloed aan fijnkorrelige sedimenten ter hoogte van de Belgische kust moeten grote onderhoudsbaggerwerken (gemiddeld 10 7 TDS per jaar) uitgevoerd worden om vaargeulen en havens (vooral Zeebrugge en Oostende) toegankelijk te houden voor de scheepvaart. Het frequent storten (om de 2-4 h) van de gebaggerde specie (vooral slib en silt) heeft geen oorzakelijk verband met het voorkomen van het turbiditeitsmaximum. Het heeft wel een invloed op de uitgestrektheid ervan en op de slibafzettingen ter hoogte van B/1 en B/2, omdat de baggergebieden en de stortplaatsen verwijderd zijn van elkaar. We veronderstellen dat de dumpingen van materiaal uit onderhoudsbaggerwerken in evenwicht zijn met de aanslibbing of aanzanding. Sedimentatie in de havens kan niet worden gesimuleerd, wegens de te lage resolutie van het rooster. Het is daarom ook niet zinvol om het storten van baggerspecie uit de havens te simuleren met als doel het opstellen van een sedimentbalans. Op B/1 en B/2 wordt vooral specie uit de vaargeulen gestort. We beschouwen in 18

21 de simulatie daarom ook enkel het storten op deze twee plaatsen. De modelresultaten laten zien dat het storten op B/1 en B/2 de SPM concentratie doet toenemen in een cirkel met straal van ±10 km rond de stortplaats. De tij-gemiddelde SPM concentratie stijgt met maximaal mg/l. De resultaten laten ook zien dat de slibafzetting ten Noorden van de Vlakte van de Raan toeneemt gedurende een doodtij. Een groot deel van dit afgezette slib, wordt terug in suspensie gebracht tijdens een springtij. Ondanks de grote storthoeveelheden op vooral B/1, neemt de slibafzetting in de vaargeulen nauwelijks toe t.o.v. een simulatie zonder storten. Dit resultaat is in overeenstemming met de resultaten uit het VESTRAM project (Van den Eynde, 1999) en laat toe om te besluiten dat het gestorte materiaal elders werd afgezet of het modeldomein heeft verlaten. 19

22 5. Sedimentbalans van het Belgisch Continentaal Plat 5.1. Slibhoeveelheden in het model Om een sedimentbalans te kunnen opstellen, moeten de hoeveelheden slib in het model bepaald worden. Een sedimentbalans wordt gewoonlijk voor een langere periode (1 jaar) opgesteld. De variaties in slibgehalte die op kortere tijdschalen (doodtij-springtij) optreden zijn belangrijk en beïnvloeden de resultaten, zie figuren De slibhoeveelheid in de actieve lagen van het model neemt gestaag toe tijdens de simulatie, zoals kan worden opgemerkt in figuur 5.1. De curve wordt gesuperponeerd met variaties die in tegenfase zijn met de getijamplitude. Tijdens een doodtij bevindt zich tot 3.2x10 6 t meer slib in de actieve lagen van het model dan tijdens een springtij. De jaarlijkse slibtoename is van dezelfde grootteorde dan de variaties die optreden tussen een springtij-doodtij, zie tabel 5.1a. Het slib dat afgezet werd tijdens een doodtij, wordt (deels) weer geresuspendeerd tijdens een springtij. De massa slib in suspensie is tot 3.5x10 6 t hoger tijdens een springtij dan tijdens een doodtij, zie figuur 5.2. De som van de hoeveelheid slibsuspensie en slibafzettingen geeft een vlakkere curve zonder grote variaties (figuur 5.3) S1 Bed S2 Bed S3 Bed Tidal Range 6 5 Sediment mass (million tons) Tidal range (m) Time (days) -1 Figuur 5.1: Totale slibhoeveelheid in de actieve lagen van het model (in 10 6 t) in functie van de tijd. 20

23 8 7 S1 SPM S2 SPM S3 SPM Tidal Range Sediment mass (million tons) Tidal range (m) Time (days) -2 Figuur 5.2: Totale slibhoeveelheid in suspensie in het model (in 10 6 t) in functie van de tijd S1 Bed+SPM S2 Bed+SPM S3 Bed+SPM Tidal Range 6 5 Sediment mass (million tons) Tidal range (m) Time (days) -1 Figuur 5.3: Som van de totale slibhoeveelheid in de actieve lagen en in suspensie in het model (in 10 6 t) in functie van de tijd. Bij simulaties S1 en S2 zijn de belangrijkste slibbronnen de westelijke open rand en de bodemlaag. Tussen alle simulaties bestaan belangrijke kwantitatieve verschillen. Een nauwkeurige kennis van de erosiegevoeligheid van de zeebodem is daarom een belangrijke parameter bij het opzetten van het model. In tabel 5.2 worden de hoeveelheden slib vermeld die afgezet werden in de vaargeulen. Alle simulaties onderschatten de slibafzetting. 21

24 actieve lagen SPM Totalemassa S S S S1-wind S2-wind S3-wind Tabel 5.1a: Slibmassa aanwezig in het model (in 10 6 TDS) voor 1999, actieve lagen: slibafzetting, SPM: slib in suspensie; Totale massa: actieve lagen + SPM. Simulatie met en zonder meteorologische aandrijving (wind & golven), de massa worden voorgesteld als een verschil tussen het begin en het einde van tweede simulatiejaar, negatieve waarden wijzen dus op een aangroei van de slibvoorraad. Bodemlaag West Schelde Noord Totaal in/uit S S S S1-wind S2-wind S3-wind Tabel 5.1b: Slibmassa (in 10 6 TDS) die het modeldomein binnenkomt (+) of buitengaat (-) gedurende Modelresultaten worden voor het tweede simulatiejaar getoond. Bodemlaag: slibtoevoer door erosie van de bodemlaag; West: residuele slibmassa door de westelijke rand; Schelde: idem door de monding van de Westerschelde; Noord: idem door de noordelijke rand. Totale in/uit is de som van de slibmassa die het model binnenkomt en buitengaat. Pas v/h Zand Scheur West Scheur Oost S S S S1 wind S2 wind S3 wind slib gestort in slib gestort in Tabel 5.2: Slibafzetting (in 10³ TDS) in de vaargeulen gedurende Modelresultaten worden voor het tweede simulatiejaar getoond.. Onderaan wordt de gebaggerde slibhoeveelheid uit de vaargeulen voor 1998 en 1999 vermeld Slibbalans Een van de doelstellingen van het SEBAB project is het opstellen van een slibbalans. Gebruikmakend van gekende data (zie hoofdstuk 2) werd een slibbalans opgezet, zie tabel 5.3. Een analoge balans werd berekend uit de modelresultaten van simulaties S2 en S3 met en zonder meteorologische effecten. (tabel 5.4). De resultaten zijn voor Het hoge SPM transport in de Belgische kustzone is afkomstig uit de Straat van Dover en ook deels uit erosie van de 22

25 zeebodem. Beide balansen tonen aan dat het grootste deel van de slibmassa die het model binnenkomt het model ook weer verlaat richting noordoosten. In de literatuur-balans is de hoeveelheid slib die buiten de baggerplaatsen zich afzet hoogstwaarschijnlijk onderschat (enkel Paardenmarkt en Westerschelde worden vermeld) en dus de hoeveelheid slib die het gebied verlaat overschat. Dit wordt bevestigt in de model-balans, waar grotere hoeveelheden slib afgezet worden buiten de baggerplaatsen TDS/yr Input Straat van Dover Kanaal van de Leie +0.1 Sedimentatie in havens en vaargeulen Haven van Oostende -0.5 Haven van Zeebrugge -5.9 Pas v/h Zand -0.4 Scheur West -0.6 Scheur Oost -2.6 Gestorte hoeveelheden B/ B/ B/ B/ Accumulatie Paardenmarkt -0.2 Westerschelde -0.1 Output Tabel 5.3: Slibbalans voor het Belgisch Continentaal plat in 10 6 TDS/yr, gebaseerd op literatuurdata. Sedimentatie en stortgevens zijn voor Positief: in suspensie, Negatief: afgezette hoeveelheid TDS/yr Input W-rand (Straat van Dover) (+11.7) Westerschelde +1.8 (+1.9) Slib in suspensie +0.3 (+0.3) Erosie van de bodemlaag +5.4 (-) Totale Input (+13.9) Afzetting Vaargeulen -0.5 (-0.04) Rest van het modelgebied -1.7 (-3.0) Totale afzetting -2.2 (-3.0) Output (-10.9) Tabel 5.4: Slibalans voor het MU-STM model (in 10 6 TDS/yr), gebaseerd op S2 (S3) simulatieresultaten met meteorologische effecten. 23

26 De hoge SPM-concentraties in de kustnabije zone is een secundair fenomeen dat veroorzaakt wordt door afnemende waterdiepte en de geleidelijke vermindering van het residueel watertransport van west naar oost. Het is niet het gevolg van een zogenoemde hydrodynamische val waaruit geen sedimenten kunnen ontsnappen. Een verhoogde slibconcentratie in het water vergroot echter de afzetting van slibrijke sedimenten. De randen van het model zijn niet de enige slibbronnen. Slib komt ook in het model terecht door erosie, vergelijk S1, S2 met S3. De werkelijke hoeveelheden slib die uit de bodem eroderen en ook de hoeveelheden slib aanwezig in de slibvelden zijn niet gekend. In het model wordt minder slib afgezet in de vaargeulen dan er gerapporteerd wordt van de stortoperaties. Dit wijst vermoedelijk op een onnauwkeurige schatting van (enkele) slibparameters Efficiëntie van de stortplaatsen Door de literatuurdata uit dit en de vorige hoofdstukken te gebruiken is de verhouding tussen de hoeveelheid materiaal die jaarlijks gebaggerd en gestort wordt en de hoeveelheid materiaal die jaarlijks op natuurlijke wijze het BCP binnenkomt en langs de Belgische kustzone stroomt bepaald. Vooraleer verder te gaan is het belangrijk dat men zich bewust is van het feit dat in deze verhouding twee verschillende soorten data worden gebruikt. In de teller wordt de som van alle gestorte hoeveelheden genomen, terwijl in de noemer een residuele hoeveelheid staat. De afzetting van slib op de baggerplaatsen en ook de baggerwerkzaamheden zijn continue processen, die zowel tijdens eb als vloed plaatsvinden. Bij een grote verhouding kan dit betekenen dat het baggeren van de vaargeulen en havens een belangrijk proces is in de Belgische kustwateren. Door een goede keuze van de locatie van de stortplaatsen kan dan het rendement van de baggerwerkzaamheden verhoogd worden. Is deze verhouding evenwel klein dan is het dumpen van de baggerspecie een onbelangrijk proces ten opzicht van de natuurlijke opvulling van de baggerplaatsen met materiaal dat via de Franse grens het BCP binnenkomt. Dit betekent dan dat de keuze van de ligging van de stortplaatsen van ondergeschikt belang is. Met de baggergegevens (vaargeulen) en de literatuurdata wordt een waarde voor de verhouding verkregen van , zie tabel 5.5. Hogere waarden worden berekend indien de slibafzetting in de havens ook wordt beschouwd ( ). Indien we enkel de modelresultaten nemen (zonder de havens) dan is de verhouding kleiner ( ). Uit deze resultaten volgt dat de keuze van de stortplaats relatief onbelangrijk is. Ondanks de hoge waarde verkregen met de literatuurdata, voeren we hieronder toch aan dat het storten van baggerspecie van ondergeschikt belang is t.o.v. de natuurlijke opvulling van de baggerplaatsen met materiaal dat het BCP binnenkomt of op het BCP wordt geërodeerd, en dit om volgende redenen: 1. Het storten van baggerspecie beïnvloedt enkel lokaal de slibconcentratie. 2. Recirculatie van het gestorte materiaal naar de baggerplaatsen is belangrijker bij stortplaatsen B/6 en B/9 dan bij B/1 en B/2 (Van den Eynde, 24

27 1999). 3. De SPM-concentratie en het SPM-transport zijn reeds van natuur uit hoog in de kustzone. De aanslibbing van de havens en de vaargeulen zal daarom enkel weinig worden beïnvloedt bij een verandering van de locatie van de stortplaatsen B/6 en B/9. De invloed van het storten van baggerspecie op de natuurlijke turbiditeit in heel het gebied is klein. 4. De efficiëntie van de stortplaatsen (B/6 en B/9, maar ook B/1) is waarschijnlijk laag. Omdat er zich echter een turbiditeitsmaximum ter hoogte van de kust situeert, zullen de te baggeren hoeveelheden enkel weinig veranderen bij een verandering van de positie van de stortplaatsen. De positie is dus van ondergeschikt belang bij het beschouwen van de efficiëntie van de baggerwerken. VG/R VG/(R+E) (VG+H)/R Modelresultaten S1 (S1-wind) 0.19 (0.09) 0.04 (0.02) S2 (S2-wind) 0.02 (0.05) 0.01 (0.03) S3 (S3-wind) (0.004) (0.003) Metingen Tabel 5.5 Verhouding tussen de hoeveelheid slib die jaarlijks sedimenteert in de vaargeulen (VG) van het model en de hoeveelheid die het model binnenkomt via de W-rand (R) of die het model binnenkomt via erosie of via alle twee (R+E). Resultaten zijn voor het tweede simulatiejaar berekend. Onderaan wordt een analoge verhouding vermeld die berekend is met baggergegevens (voor 1998 en 1999) en literatuurdata; het eerste getal is enkel voor sedimentatie in de vaargeulen (VG) en het tweede voor vaargeulen én havens. (VG+H). 25

28 6. Conclusies en aanbevelingen Aangezien dit eindrapport als dusdanig reeds een samenvatting is van het onderzoek dat binnen de studieopdracht werd uitgevoerd, zullen hier enkel de belangrijke conclusies aangehaald worden. Voor een samenvatting van het onderzoek wordt verwezen naar hoofdstukken 2 tot 5 of naar de activiteitenrapporten 1 tot en met Belangrijke conclusies De belangrijkste bronnen van fijn particulair materiaal (slib) op het BCP zijn de Straat van Dover en de dagzomende en eroderende tertiaire kleilagen en holocene sliblagen. Gebaseerd op de in de wetenschappelijke literatuur vermelde meest recente metingen en berekeningen, wordt de instroming via de Frans/Belgische grens geschat op 22.2x10 6 TDS. De hoeveelheid slib die uit de bodem erodeert en ook de hoeveelheid slib aanwezig in de slibvelden is niet gekend. Uit de modelresultaten blijkt dat gedurende een springtij zich minder slib op de bodem bevindt dan gedurende een doodtij. De concentratie aan fijn particulair materiaal (SPM) volgt een tegengesteld patroon, hoge concentraties gedurende een springtij en lage gedurende een doodtij. Uit de modelresultaten blijkt bovendien dat slib aanwezig moet zijn in de bodemlaag om een slibverdeling in de actieve lagen te verkrijgen die (beter) overeenkomt met de meetdata. Dit omdat niet al het slib in de bodem van recente oorsprong is. In het model wordt minder slib afgezet in de vaargeulen dan in werkelijkheid wordt gebaggerd. Dit wijst vermoedelijk deels op een onnauwkeurige schatting van (enkele) slibparameters. De verschillen tussen modelresultaten en velddata zijn echter ook het gevolg van een te geringe sedimentologische kennis van de zeebodem en van het feit dat baggeren en storten de sedimentologische en hydrodynamische processen actief beïnvloeden. Dit laatste kan niet met de gebruikte modellen gesimuleerd worden. Het voorkomen van het turbiditeitsmaximum en de slibvelden in de Belgische kustzone is niet het gevolg van een zogenoemde hydrodynamische val waaruit de sedimenten niet kunnen ontsnappen, zoals vroeger werd aangenomen. De hoge SPM-concentraties in de kustnabije zone is een secundair fenomeen dat veroorzaakt wordt door afnemende waterdiepte en de geleidelijke vermindering van het residueel watertransport van west naar oost. Een verhoogde slibconcentratie in het water vergroot ook de afzetting van slibrijke sedimenten. Zodoende is het turbiditeitmaximum nauw gerelateerd met het voorkomen van de slibvelden en omgekeerd. De modelresultaten laten zien dat het storten op B/1 en B/2 de SPM concentratie doet toenemen in een cirkel met straal van ±10 km rond de stortplaats. De getijgemiddelde SPM concentratie stijgt met maximaal mg/l. Dit is weinig vergeleken met de natuurlijke turbiditeit. Ondanks de grote storthoeveelheden op vooral B/1, neemt de slibafzetting in de 26

29 vaargeulen nauwelijks toe t.o.v. een simulatie zonder storten. Het storten van baggerspecie (slib) is van ondergeschikt belang t.o.v. de natuurlijke opvulling van de baggerplaatsen met materiaal dat het BCP binnenkomt of op het BCP wordt geërodeerd. De efficiëntie van de stortplaatsen (vooral B/6 en B/9, maar ook B/1) is laag. De baggerhoeveelheden kunnen iets verminderen indien de stortplaatsen voldoende ver afwaarts van de baggerplaatsen gesitueerd worden zodat er geen recirculatie van het gestorte materiaal naar de baggerplaatsen kan plaatsgrijpen Aanbevelingen Het vaststellen van de efficiëntie van de stortplaatsen is een belangrijk doel van het SEBAB project, dat verder in de toekomst beschouwd kan worden. Om de conclusies uit voorgaande paragrafen te kunnen verfijnen, is het uitermate belangrijk om de kennis van het natuurlijk sedimenttransport op het Belgisch continentaal plat te vergroten. Een beter inzicht in de sedimentbewegingen is cruciaal om met een grotere zekerheid de effecten te voorspellen van een verandering van de locatie van de stortplaatsen of van de hoeveelheid materiaal gestort op een bepaalde plaats. De belangrijkste tekortkomingen in de resultaten van het project zijn gerelateerd aan de beperkte nauwkeurigheid en de lage distributie van de staalnamepunten langs de Belgische Oostkust. Zo is bijvoorbeeld de uitgestrektheid van de slibvelden en de densiteit van het slib nog weinig gekend. De erosie-eigenschappen van cohesieve sedimenten veranderen afhankelijk van de samenstelling en de densiteit. In het model is een eenvoudig consolidatiemodel geïmplementeerd. Een betere formulering is zinvol als het sedimentbed beter gekend is. Ook een belangrijke maar ook te weinig gekende variabele is de slibconcentratie langs de open randen van het model. Bijkomende metingen (in situ en satelliet) kunnen hierbij helpen. De resultaten van het project kunnen verfijnd en aangevuld worden door: 1. de SPM-concentratie en zijn temporele, horizontale en verticale variaties te bepalen. 2. de uitgestrektheid, samenstelling en densiteit van de slibvelden ter hoogte van de Oostkust te bepalen. 3. het modelgebied te vergroten zodat de invloed van de randen op de turbiditeitsmaximumzone vermindert. 27

30 7. Referenties Baeteman, C., The Holocene depositional history of the IJzer palaeovalley (western Belgian coastal plain) with reference to the factors controlling the formation of intercalated peat beds. Geologica Belgica, 2/3-4: Bastin, A., Natural radioactive tracers and their use in Belgium. Tracer Techniques in Sediment Transport. Technical Report Nr. 145, IAEA, Vienna. Berlamont, J., Ockenden, M., Toorman, E. & Winterwerp, J., The characterisation of cohesive sediment properties. Coastal Engineering, 21: Bijker, E.W., The increase of bed shear in a current due to wave motion, Proc. 10th Conference on Coastal Engineering, Tokyo, pp BMM & BWZ, Ecologische impact van baggerspecielossingen voor de Belgische kust, MUMM, Brussels. Brenon, I. & Le Hir, P., Modelling the turbidity maximum in the Seine estuary (France): Identification of formation processes. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 49: de Haas, H., Transport, preservation and accumulation of organic carbon in the North Sea. Geologica Ultraiectina, 155. University Utrecht, 149 pp. de Kok, J.M., Numerical modelling of transport processes in coastal waters. PhD Thesis, Univ. Utrecht, Utrecht, 158 pp. Dronkers, J. & Miltenburg, A.G., Fine sediment deposits in shelf seas. Journal of Marine Systems, 7(2-4): Eisma, D. & Kalf, J., Distribution and particle size of suspended matter in the Southern Bight of the North Sea and the Eastern Channel. Netherlands Journal of Sea Research, 13(2): Eisma, D., Supply and deposition of suspended matter in the North Sea. In: D.D. Nio, R.T.E. Shuttenhelm & T.C.E. van Weering (Editors), Holocene Marine Sedimentation in the North Sea Basin. Int. Ass. Sediment. Spec. Publ. 5. Blackwell Scientific Publ., Oxford, pp Eisma, D. & Kalf, J., Dispersal, concentration and deposition of suspended matter in the North Sea. Journal of the Geological Society of London, 144: Eisma, D. & Irion, G., Suspended matter and sediment transport. In: W. Salomons, W.L. Bayne, E.K. Duursma & U. Förstner (Editors), Pollution of the North Sea: an assessment. Springer-Verlag, Berlin, pp Fettweis, M. & D. Van den Eynde Bepaling van de Sedimentbalans voor de Belgische Kustwateren. Activiteitsrapport 2: Berekeningen met sedimenttransportmodellen. BMM-rapport SEBAB/1/MF/200006/NL/AR/2, 45 pp. Garreau, P., Task N: Numerical hydrodynamic modelling, Hydrodynamics Biogeochemical Processes and Fluxes in the Channel, FLUXMANCHE II Final report, MAS2CT940089, pp