Nieuw project gestart: Effectiviteit van een bellenscherm als scheider van water van verschillende dichtheden

Geplaatst op:

Schutsluizen gelegen tussen zout en zoet water vormen naast een bescherming tegen hoogwater de toegang voor scheepvaart. Bij elke schutting lekken zij echter een volume van zout water de zoete binnenwateren in. Deze binnenwateren dienen als bron voor drinkwater en voor de agrarische sector. Daarnaast heeft de kwaliteit van deze
wateren een sterk ecologisch belang. Met de groei van het volume transport over water en met de aanleg van nieuwe, grotere sluizen neemt de zoutindringing door schutsluizen nadrukkelijk toe.
Bellenschermen worden ingezet als methode om de zoutindringing te voorkomen. Verschillende recente onderzoeken beschouwen vernieuwde ontwerpen van bellenschermen, in de Stevinsluis (2010) en de Krammer jachtensluis (2014). Naast bellenschermen beschouwen deze studies ook het toepassen van een spoeldebiet van zoet water door de
kolk, en van waterschermen. De studies voeden de keuze tussen het gebruik van zoet water (indien voldoende beschikbaar) of van energie (vooral voor bellenschermen). Het energiegebruik, en de installatiekosten voor grote compressoren, zijn aanleiding voor een gewenste optimalisatie van de bellenschermtoepassing.
Openstaande vraagstukken
Ten behoeve van een optimalisatie is fundamenteel begrip nodig van de werking van een bellenscherm als scheider van water van verschillende dichtheden. De uitgevoerde studies tonen dàt het bellenscherm als scheider werkt maar onvoldoende hóe. Onderstaand wordt een lijst gegeven van relevante, openstaande vraagstukken.
 Het effect van de belgrootte, en daarmee het ontwerp van het bellenscherm manifold op de prestatie als scheider van water met verschillende dichtheden;
 Het effect van de gelaagdheid in de kolk op de prestatie;
 De schaalbaarheid van de toepassing naar diepere kolken, met name gezien de grotere drukverschillen tussen weerszijden van het scherm;
 Het effect van de zoutconcentratie van het water op het gedrag van het bellenscherm;
 De robuustheid van het bellenscherm in relatie tot de deurbeweging, het doorvaren van schepen en andere
verstoringen;
 De mate waarin de werking van het scherm leunt op mixing danwel op waterbeweging, en hoe deze processen zijn te sturen ten gunste van een optimaal bellenscherm;
 De inzetbaarheid en nauwkeurigheid van CFD (computational fluid dynamics; numerieke stromingsberekeningen) in het bepalen van de prestatie van bellenschermen.

De vragen rond het bellenscherm zijn generiek en fundamenteel van aard. Tenslotte is het bellenscherm een drijver van transport van water in een gelaagd systeem, waarbij het wordt beïnvloed door de druk aan weerszijden en de zoutconcentratie en dichtheid van het water waarin het zich bevindt. Deze randvoorwaarden maakt het ook anders dan bekende toepassingen van bellenschermen of –pluimen in industrie.
Het inzetten van bellenschermen om water van verschillende dichtheden te scheiden beperkt zich niet enkel tot schutsluizen. In de baggerindustrie is steeds meer aandacht voor de environmental impact van de baggerwerkzaamheden. Om gebaggerd materiaal niet in suspensie in de omgeving te brengen, bijvoorbeeld wanneer dit
gevoelige koraalgebieden betreft, wordt een tijdelijke haven gebruikt als sediment afvang. Om te voorkomen het sediment daar uit stroomt wordt het bellenscherm ingezet in de havenmond. Het concept leunt op de kennis die is opgedaan in de toepassing in schutsluizen maar er zijn belangrijke verschillen tussen zout water en water met bagger
sediment.
De werking van het bellenscherm als verzamelaar van drijvend plastic wordt onderzocht met het oog op een toepassing op de IJssel, een project dat is ondersteund van Rijkswaterstaat. Hierbij wordt met name gebruik gemaakt van de oppervlaktestroming die het bellenscherm induceert, en opgemerkt moet worden dat er geen sprake is van een
dichtheidsverschil. Om dit soort toepassingen te verkennen wordt echter gebruik gemaakt van dezelfde methodes, en de schaalbaarheid van schaalmodelproeven en de nauwkeurigheid van stromingsberekeningen zoals deze binnen het voorgestelde project worden beschouwd zijn daarmee relevant.
Aanleiding van het onderzoek
Om het bellenscherm toe te kunnen passen in diepere sluizen, of toe te passen op andere gebieden dan schutsluizen, is een begrip nodig van waarom en hoe het bellenscherm als scheider werkt. Maar zelfs om ontwerpvarianten of de invloed van verschillende randvoorwaarden te beschouwen dient te worden vastgesteld wat de representativiteit is van
schaalmodel- of numeriek onderzoek.
De werking van het bellenscherm, toegepast als scheider van zout en zoet water in een zeesluis, is aangetoond in grootschalige pilot studies. Het uitvoeren van numeriek en schaalmodelonderzoek wordt gehinderd door de onduidelijke representativiteit van deze onderzoek. Wanneer niet duidelijk is wat het onderzoek kwantitatief inhoudt voor het
ontwerp van het bellenscherm blijft de stap voor marktpartijen en de overheid om dit onderzoek uit te voeren erg groot.

Bekijk het project