De pycnosonde, een bijzonder instrument

Uitlezing dfcht/leids-venJcaalpycnosonde (uit La Cour, 1926)

Door Dick Mastbergen

Beschikbaarheid van voldoende zoet water is overal ter wereld een belangrijke

levens-voorwaarde

,

maar zeker in laaggelegen vruchtbare deltagebieden, zoals Nederland, is

deze niet vanzelfsprekend. "Enabling Delta life" betekent een continu gevecht tegen de

bedreigingen van de zee, zoals het overstromingsrisico

bij stormen en de dijkveiligheid,

maar ook en veel minder zichtbaar, de verzilting in drogere tijden met minder

zoetwater-aanvoer. Mede daarom zijn de Afsluitdijk en de Deltawerken er gekomen.

Door het uitdiepen van de waterwegen en het bouwen van grote zeesluizen zoals IJmuiden en Terneuzen begin 20e eeuw werd ook de economische bijdrage

aan

Deltalife in Nederland een factor van belang, waarmee evenwel het ver-ziltingsprobleem juist werd vergroot. Schut- en lekwater bij waterkeringen en sluizen werd als een belangrijke bron van verzilting aangemerkt.

Inventieve maatregelen

Zo verscheen in 1934 in De Ingenieur een artikel van ir.

lP

.

Mazure met als titel "De invloed van schuttingen op de verzouting van het binnenwater". In dit artikel wordt de zoutuitwisselingsstro-ming in de sluiskolk (lock exchange flow) beschreven en het daardoor optredende zoutbezwaar berekend. Ook worden metingen beschreven die zijn uitge-voerd in 1933 in de grote Noordersluis te IJmuiden die aansluit op het Noord-zeekanaal en de veel kleinere schutsluis Kornwerderzand in de net voltooide Afsluitdijk. Inventieve maatregelen en onderzoek waren nodig om het zoutbe-zwaar bij schutsluizen tegen te gaan. In een artikel van 1941, wederom in De Ingenieur, van ir. J. van Veen getiteld "Twee middelen om het zoutbezwaar 6

I

D-maart 2013

bij zeesluizen op te heffen", wordt het luchtbellenscherm voorgesteld.

Verschillende methoden onderzocht

Na de oorlog in dejaren '50, worden door Rijkswaterstaat verschillende metho-den voor zoutbestrijding onderzocht en in 1960 wordt bij het Waterloopkundig laboratorium, toen gevestigd aan het Raam te Delft, voor het eerst model-onderzoek gedaan naar het effect van luchtbellengordijnen. In 1963 wordt ook laboratoriumonderzoek gedaan naar het effect van waterschermen bij sluizen. Vanaf 1961 worden luchtbellen-schermen toegepast bij verschillende schutsluizen waaronder IJmuiden en Kornwerderzand en worden meetcam-pagnes uitgevoerd.

Bellenpluimonderzoek

Bekend is,zoals eerder bericht in Delta-respons, dat het onderzoeksterrein van de verzilting voor Rijkswaterstaat en Deltares weer erg actueel is, vanwege de mogelijke verzouting van het Volkerak Zoommeer en de dan benodigde zoutbe-perkende maatregelen bij de Volkerak-sluizen. In 2009 zijn als voorbereiding kleinschalige laboratoriumproeven ge-daan en numerieke simulaties

uit-gevoerd naar het effect van luchtbellen-en waterschermluchtbellen-en. De zoutprofielen zijn gemeten met een tweetal VEZO's afkomstig van het voormalige Getijmo-del Rijnmond waarmee de zoutindrin-ging continu in de tijd vanaf opening van de modelsluisdeurop een PCkon worden geregistreerd. In 2010 is door Deltares vervolgens een uitgebreide veldmeet-campagne uitgevoerd in de Stevinsluis, de zustersluis van Kornwerderzand, waarbij een nieuw luchtbellenscherm en een waterscherm zijn getest. Hierbij is een scala

aan

moderne elektronische meet- en data registratietechnieken ingezet. Momenteelloopt nog het groot-schalige bellenpluimonderzoek in de Deltares Water-Grondgoot ten behoeve van de zoutbestrijding in de Nieuwe Waterweg. Verziltingspreventie is dus, kun je wel zeggen, een kerndomein van de Deltares kennisontwikkeling naast bijvoorbeeld de hoogwatervoorspelling en de dijkveiligheid.

Verziltingspreventie

Minder bekend is misschien dat het onderzoek op het gebied van verzil-tingspreventie aan de basis van Deltares heeft gestaan bij de oprichting van het Waterloopkundig laboratorium in 1927

door waterstaatsingenieur J. Th. Thijsse en dat een vernuftig meetinstrument hierbij een bijzondere rol heeft gespeeld, namelijk de pycnosonde (foto 2 en 3).

Dit instrument speelde een cruciale rol in het meten van de uitwisselingsstro-mingen door het WL in zeesluizen en zeegaten zoals de Nieuwe Waterweg in een tijd dat computers en elektronische instrumenten nog niet bestonden.

Pycnosonde

De pycnosonde is een meetinstrument dat vanaf een meetvlet of oever in het water wordt afgevierd tot de gewenste diepte tot enkele tientallen meters. Tijdens het weer ophalen worden opeen-volgende watermonsters doorluchtdruk beheerst, verzameld in een glazen buis en bovengekomen wordt de dichtheid als functie van de diepte van het water-monster afgelezen met gekleurde dui-kertjes, de zogenaamde pycno-duivels (foto 1). Op deze manier kan in een korte tijd (ten hoogste enkele tientallen seconden) een dichtheidsprofiel van de gehele gestratificeerde waterverticaal als gevolg van saliniteit- en tempera-tuurverschillen worden verkregen. Het grote voordeel was dat de dynamiek van de snel veranderende profielen gedetail-leerd in de tijd kon worden vastgelegd.

Ontwikkeld in Denemarken

Het instrument is in de jaren '20 ont-wikkeld bij het meteorologisch instituut in Denemarken door D. La Cour en CV Schou en wordt uitgebreid beschreven

Foto 1:Colleetie pycno-duivels van John Cornelisse (foto 2010) Foto2:Oe pucnosonde, fotoarchiefWaterloopkundig Laboratorium (ergens tussen 1951-1960, rechts Nelis Winkel, assistent, links wie weet hem Foto3:Oe pycnosonde, fotoarchief Rükswaterstaat (wie? locatie?)

in een publicatie van La Cour, 1926, nog in onze bibliotheek aanwezig. Er werden metingen uitgevoerd in de Sant waarbij gelaagde systemen werden waar-genomen onder invloed van het getij. In een artikel van 1931, heeft de beroemde Sir Geoffrey Ingram Taylor de basis gelegd voor de theorie van interne gol-ven en turbulentie in gestratificeerde stromingen mede op basis van

metin-aanvankelijk belast met metingen,

maar werd hij in 1919 gevraagd in de

commissie- Lorentz om de effecten van de Zuiderzeewerken door te reke-nen. In 1927 was hij oprichter van het Waterloopkundig Laboratorium. Niet toevallig werd het instrument, dat niet gepatenteerd was, door het WL vanaf de jaren '50 verder ontwikkeld en voor Rijkswaterstaat veelvuldig toegepast gen verricht door dr. Jacobsen van het en werd een wereldwijd vooraanstaande

'Het

instrument

is in de jaren '20 ontwikkeld

bij

het meteorologisch

instituut

in Denemarken'

Deense meteorologische instituut in de getijdegeul Randers Fjord en bij het Zweedse lichtschip Shultz's Grund in het Kattegat in Denemarken in 1925. Deze metingen werden mogelijk gemaakt door de pycnosonde.

Geen enkel spoor

In 1924 is door de auteur een exemplaar van de pycnosonde, waarin nog een watermonster van de Sant aanwezig was, verstuurd naar Amsterdam en het instrument is vervolgens toegepast bij de Zuiderzeewerken door J. Th. Thijsse. Hij gaf de auteur de correcte aflezing door van het nog aanwezige monster dat kennelijk goed afleesbaar, dus niet gemengd bewaard was gebleven tijdens de reis. Zoals bekend was J. Th. Thijsse als waterstaatsingenieur

kennis op het gebied van dichtheids-stromen en zout/zoetstromingen in estuaria opgebouwd. Later zou dit zich verder ontwikkelen bij onderzoek in de Getijgoot en het Getijmodel Rijnmond waarin dichtheidsverticalen continu met VEZO's werden gemeten.

Ondanks naspeuring van ondergeteken-de in verborgen magazijnen en kasten is er nu geen enkel spoor meer terug te vinden van de pycnosonde, behalve een aantal pycno-duivels, zie foto 1. De documenten en rapporten zijn wel goed bewaard gebleven in de Deltares biblio-theek en zij zijn voor onder meer het Volkerak zoutlek project nog dankbaar gebruikt.

(Met dank aan Cees Kuijper en Rob Uittenbogaard.)