Hydrodynamica en morfologie

Expertise met groeiende meerwaarde

Het merendeel van de wereldbevolking woont dichtbij rivieren of kusten. Klimaatverandering, duurzame ontwikkelingsdoelen en veranderende behoeften van mensen leiden tot projecten waarin expertise van waterbeweging en sedimenttransport van groot belang is. De experts op het gebied van hydrodynamica en morfologie van Witteveen+Bos worden door opdrachtgevers wereldwijd ingeschakeld bij projecten die betrekking hebben op de energietransitie, klimaatadaptatie, het beheer van vitale infrastructuur, het verbeteren van natuurgebieden en het ontwerpen en beoordelen van constructies voor onder andere hoogwaterbescherming, havens, rivierbeheer en rivieringrepen.

Toepassingen

Typische toepassingen voor hydrodynamica en morfologie zijn het uitvoeren van systeemanalyses om waterbeweging (waterstanden, golfklimaat, stroming) en bodemveranderingen (sedimenttransport, erosie en sedimentatie) binnen een projectgebied te doorgronden, het opstellen van ontwerprandvoorwaarden voor waterbouwkundige constructies, het analyseren van de operationele beschikbaarheid van havens, en het vaststellen van de gevolgen van de realisatie van projecten, bijvoorbeeld ten behoeve van vergunningverlening.

Voor offshore kabels en pijpleidingen zijn we betrokken bij zowel het ontwerp (zoals routetracering, begraafdiepte en milieu-impact) als assetmanagement (zoals analyse van blootspoeling door veranderingen van de zeebodem, hydrodynamische belasting).

Hulpmiddelen

Bij onze studies maken onze experts gebruik van op fysica gebaseerde complexe numerieke modellen zoals XBeach, Delft3D, SWAN, SWASH, DELWAQ en COMSOL. De schalen waarop deze modellen worden toegepast, variëren van onderdelen van constructies (watergangen in sluizen en gemalen) tot delen van oceanen en kustgebieden met een oppervlak van honderden vierkante kilometers en bestrijken veel van wat daartussen ligt (zoals havens, riviertrajecten).

Een voorbeeld van een modelstudie (SWAN) is te zien in de video hiernaast. Het toont een door ons opgezet, gekalibreerd en gevalideerd golfmodel van de Rode Zee.

Ontwikkeling eigen modellen

Witteveen+Bos ontwikkelt ook eigen modellen en tools om specifieke hydrodynamische en morfologische effecten te analyseren. Zo hebben we een model ontwikkeld om de golfindringing in havens te berekenen (WIHA-model) en werkten we mee aan de ontwikkeling van een tool om de sedimentatie in vaargeulen en havens te bepalen (CoDeS). Met deze instrumenten maken we snelle en nauwkeurige beoordelingen die van grote waarde zijn in alternatievenstudies of bij voorbereidende fasen van ontwerpprojecten.

Interactie tussen hydraulica en constructies

In projecten beoordelen onze experts of de hydraulische ontwerpen aan alle eisen voldoen en dragen zo bij aan het optimaliseren van deze ontwerpen. Afhankelijk van het type constructie wordt de methodiek bepaald. Dit varieert van empirische vergelijkingen tot complexe numerieke software.

Een van onze specialismen is het toepassen van Computational Fluid Dynamics (CFD). CFD geeft inzicht in gedetailleerde stromingsvelden rond objecten, maakt het mogelijk om ontwerpalternatieven te bestuderen en vereenvoudigt het verzamelen van gegevens op gewenste locaties zonder dat daarvoor dure meetcampagnes nodig zijn. We hebben CFD toegepast bij het ontwerpen van onder andere sluizen, sluisdeuren, havens, vispassages, getijdenturbines en rioleringsbuizen.

Metocean

Metocean studies zijn essentieel bij het ontwerpen van zowel offshore als nearshore constructies. Witteveen+Bos verzamelt wereldwijd gegevens over wind, golven en getijdenstromingen vanuit veldwaarnemingen, satellietgegevens en numerieke modellen. Op basis van statistische analyses leiden we wind- en golfklimaten af die gebruikt worden voor het ontwerpen van waterbouwkundige constructies.

Numerieke modellen zoals SWAN (spectrale golfanalyse), WIHA (mild-slope modellen), Delft3D en SWASH (hydrodynamische modellen) passen we toe om gedetailleerde golfklimaten en stromingspatronen te berekenen.

Morfologie

Zowel de rivier- als zeebodem kunnen morfologisch dynamisch zijn, in projecten bepalen we de verwachte morfologische ontwikkelingen hiervan. Bijvoorbeeld om de onderhoudsbaggervolumes van vaargeulen te bepalen, de vereiste begraafdiepte van kabels en leidingen vast te stellen of als onderdeel van het integriteitsmanagement van bestaande assets. Voor morfologische studies maken we gebruik van de door ons ontwikkelde toolboxen voor het uitvoeren van data-analyses en zetten we numerieke sediment-transport modellen in om natuurlijke sediment transporten in het projectgebied te doorgronden.