Proof of concept nieuwe meettechnieken zoutindringing Meetplan ERT-zoutmetingen

Datum: 2 /5/2019 Auteur: Victor Hopman

Onderwerp: Opstellen van een meetplan.

Aanleiding

Verzilting via het oppervlaktewater vormt in Nederland een groeiend probleem als gevolg van klimatologische veranderingen (lagere rivierafvoeren tijdens droge zomers, zeespiegelstijging) en een groeiende vraag naar zoet water. Bij bestaande probleemlocaties zoekt men naar

oplossingen, zoals in dit KPP project waar onderzoek gedaan wordt naar meetopstellingen voor in het ARK/NZK die de zoutindringing efficiënt kunnen monitoren. Met behulp van de elektrische geleidbaarheidsmetingen ERT zal de dynamiek van de zoutverspreiding ruimtelijk in kaart gebracht worden.

Om dit te testen wordt meegelift met een meetopstelling in de Deltares faciliteit Hydrohal: een schaalmodel van de sluis IJmuiden. Naast traditionele enkelvoudige meetpunten, sluit hier het concept van nieuwe meettechnieken voor zoutindringing naadloos aan.

Doel

Om de ERT (Electrical Resistvity Tomography) meettechniek te demonstreren en testen wordt in de Hydrohal faciliteit een laboratoriumproef uitgevoerd. Hierbij wordt de ruimtelijke verdeling van zoet en zoutwater in kaart gebracht doormiddel van het elektrisch ‘’doorlichten’’ van een

watervolume. Het doel van de proef is het aantonen dat de ERT methode werkt in een

schaalmodel en dat deze methode op te schalen is naar een veldsituatie in het Amsterdam-Rijn Kanaal (ARK).

Methode

In termen van elektrische geleidbaarheid heeft het zoute water een groot contrast ten opzichte van het zoete water. Dit contrast vormt de basis voor de ERT-zoutdetectie. Door meerdere

combinaties van stroom- en meetelektroden te maken kan het volume dat zich tussen de aangebrachte meetpunten bevindt in kaart gebracht worden. Zodoende kan de verdeling van de elektrische geleidbaarheid en daarmee de zoutverdeling ruimtelijk worden vastgesteld. Een voorbeeld van zo’n meting in een volume water met verschillende geleidbaarheden is weergeven in Figure 21.

48 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

Figure 21: Volume water gemeten met ERT methode om mate van verzilting vast te stellen: verzilting neemt toe van rood naar blauw.

Meetopstelling

Om de zoutverdeling te kunnen monitoren worden voor de test twee meetkabels ingezet: een kabel op de bodem en 1 kabel direct onder het wateroppervlak. In de praktijk zal de kabel aan het oppervlak niet (permanent, wellicht wel varend?) mogelijk zijn. In de praktijk kan de kabel

bijvoorbeeld ook aan de zijkanten van het kanaal worden geplaats. Echter in dit schaalmodel was deze opstelling niet mogelijk omdat er weinig ruimte is om de elektroden aan een wand te plaatsen.

De kabels worden in een dubbele ‘U-vorm’ geplaatst, zoals weergeven in Figure 22. De afstand tussen de parallelle kabel lijnen onderling bedraagt ca 1 meter. Dit zowel voor de kabel gefixeerd op de bodem als die net onder oppervlakte. De 48 electroden (contactpunten) per kabel hebben voor deze labtest een onderlinge afstand van 50 cm. Voor een veldtest kunnen, afhankelijk van de gewenste nauwkeurigheid, andere elektrode afstanden gehanteerd worden. Gedacht moet worden aan elektrode afstanden tussen 0,5 m en een paar meter. De mate van detail wordt bepaald door het aantal electroden en de onderlinge afstand van de elektroden. Deze

testopstelling is bedoeld om aan te tonen dat de methode werkt. Opschalen naar een praktijktest is dan de volgende stap.

49 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

Figure 22: schematische weergave van ERT IJmuiden model. De geel-oranje lijn geeft de positie van de ERT kabels voor de metingen: één op de bodem en één drijvend op het water. In een praktijkproef zal, een kabel op de bodem, in het water en/of nabij de oevers geplaatst kunnen worden. Dit is sterk situatie afhankelijk.

Metingen

Tijdens het ‘doorspoelen’ van het systeem, stroomt er zout water door het meetgebied. Er zal gedurende het doorstromen een aantal keren een ERT-meetcyclus uitgevoerd worden, zodat de zoutverplaatsing in de tijd gemeten en gevisualiseerd kan worden.

Het kost tijd om een meting uit te voeren. Afhankelijk van de snelheid waarmee de situatie van zout verdeling verandert, kan je daar je meetstrategie op aanpassen. Bij een snelle verandering in het water wil je sneller kunnen meten. Dit wordt van tevoren vastgelegd. In deze meetopstelling duurt een meetcyclus ca 7 minuten. Afhankelijk van het aantal elektroden dat wordt aangestuurd kan er sneller of minder snel een meetcyclus doorlopen worden.

50 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

B

IJmuiden Scale model

The world’s largest sea lock is being built in IJmuiden, at the entrance of the North Sea Canal, with a lock chamber 545 m long, 70 m wide and about 18 m deep. The new larger lock will allow the passage of larger vessels and, consequently, a larger volume of salt water will enter the North Sea Canal in each lockage cycle. Without preventive measures, an increase of the salt

concentration in the canal will have adverse consequences for agriculture and drinking water. Rijkswaterstaat (RWS) decided to limit the amount of salt water entering the canal by removing the extra salt inflow by means of selective withdrawal (in Dutch: “Selectieve Onttrekking”) of salt water using the drainage complex (combination of discharge sluices and pumping station) existing in IJmuiden (see Figure 23). For this purpose, a salt screen will be built that allows mainly salt water from the Velserkom to flow towards the Binnenspuikanaal (see Figure 24).

Figure 23: Principle sketch of the Selective Withdrawal at IJmuiden. The salt water from the North Sea penetrates the Velserkom through the Navigation Locks. By means of the selective withdrawal, the extra salt will be discharged back to the North Sea through the discharge sluices and the pumping station.

Figure 24: Salt screen at the entrance of the Binnenspuikanaal allows mainly salt water to flow to the discharge sluices and pumping station (source: RWS).

Selective Withdrawal

Pumping station Discharge sluices

51 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

Earlier simulations performed by Deltares have shown that selective withdrawal at the entrance of the Binnenspuikanaal is an effective measure to reduce the amount of salt water that penetrates into the North Sea Canal (Deltares report, 2019). The simulations have shown that the flow around the salt screen is highly three-dimensional, with a strong vertical component immediately

downstream of the screen.

The scale model used to test the selective withdrawal in IJmuiden and the ERT measurements, was built at Deltares in the model facility previously built for the New Sea Lock in IJmuiden. Figure 25 presents an overview of the model, with the main dimensions displayed in Figure 26. The dimensions presented in this report are relative to model scale, unless otherwise stated.

Figure 25: Overview of the scale model of the IJmuiden locks in the Deltares facilities.

Figure 26: Sketch of the model with main dimensions.

Inner approach harbour Salt screen Lock chamber 6.2 m 6.6 m 28.4 m 10.7 m 3.2 m 2.3 m 11.0 m Salt Binnenspuikanaal

Inner approach harbour

Inlet Lock

52 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

Experiment 1: one cable-density

53 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

Experiment 2: multiple bottom cable-density

54 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

Experiment 3: one double cable-density

55 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

56 of 56 ERT measurements of salt intrusion in the laboratory

11203677-007-ZKS-0002, 20 February 2020

Experiment 4: multi double cable-density

In document ERT measurements of salt intrusion in the laboratory (pagina 47-192)