Over het archief
Het OWA, het open archief van het Waterbouwkundig Laboratorium heeft tot doel alle vrij toegankelijke onderzoeksresultaten van dit instituut in digitale vorm aan te bieden. Op die manier wil het de zichtbaarheid, verspreiding en gebruik van deze onderzoeksresultaten, alsook de wetenschappelijke communicatie maximaal bevorderen.
Dit archief wordt uitgebouwd en beheerd volgens de principes van de Open Access Movement, en het daaruit ontstane Open Archives Initiative.
Basisinformatie over ‘Open Access to scholarly information'.
On the local dynamics of currents in the estuarine Marsdiep basin
de Vries, J.J. (2015). On the local dynamics of currents in the estuarine Marsdiep basin. PhD Thesis. Utrecht University: Utrecht. ISBN 978-94-6228-679-5. 175 pp.
dspace.library.uu.nl/handle/1874/317821
|  |
| Abstract |
Een studie naar de estuariene dynamiek van het periodiek-gestratificeerde Marsdiepis uitgevoerd met behulp van een breed scala aan metingen en enkelenumerieke model simulaties. Ruimtelijke karteringen en (lange-termijn) metingenvan de snelheid, saliniteit, temperatuur, dichtheid, turbulentie productie enturbulentie dissipatie zijn aangevuld met 1-D waterkolom modelleringen metGOTM en model simulaties van de westelijke Wadden Zee met GETM/GOTM.Het doel van dit proefschrift is om een beter inzicht te verkrijgen in de factorenen mechanismen die de vertikale structuur van de stroomsnelheid in hetMarsdiep bepalen.De ruimtelijke karteringen laten zien dat de amplitude van de getijstromingin het Marsdiep wordt gekenmerkt door een grote ruimtelijke variabiliteit veroorzaaktdoor de sterke variaties in waterdiepte. De getij-amplitude is proportioneelaan de waterdiepte als gevolg van de toenemende remmende effectenvan bodemwrijving op de stroming, wanneer deze kleiner is dan 15 m.De getij-amplitude blijft ongeveer constant voor grotere waterdieptes, maar isdaarentegen gekenmerkt door een sterke spring-doodtij variatie. Deze diepteafhankelijkevariaties in getij-amplitude leiden tot een toename in laterale scheringvan de langsstroming van dood- naar springtij, waardoor differentiële advectieook toeneemt.Karakteristiek voor de getijgolf in het Marsdiep is een vervorming door deinteractie van het getij met de bathymetrie. In het eb-dominante gedeelte vanhet Marsdiep, waar de meeste metingen verricht zijn, is de getijgolf gekenmerktdoor grotere piek (maximale) eb dan vloed stroomsnelheden. Bovendien is delate vloed fase gekenmerkt door een lange periode van kleine stroomsnelheden,terwijl de late eb fase onderhevig is aan hoge stroomsnelheden. Verderneemt de ebstroom sterk toe van dood- naar springtij, terwijl de vloedstroomrelatief constant blijft. De vervorming van het getij heeft een grote impact opde estuariene hydrodynamica.De vertikale structuur van de langsstroming in de hoofdgeul van het Marsdiep,de Texelstroom, wordt beinvloed door een eb-vloed asymmetrie in bodemwrijvingen door de vertikale stratificatie, die resulteren in vertikale profielenatypisch voor standaard periodiek-gestratificeerde estuaria. In het algemeenleidt de superpositie van de barotrope en barocliene drukgradienten tot een vertikaalprofiel met de grootste schering bij de bodem (wateroppervlakte) tijdensvloed (eb). De grootste schering nabij de bodem in de Texelstroom is waargenomentijdens eb als gevolg van de asymmetrische bodemweerstand, geïnduxvxvi S AMENVAT T INGceerd door de complexe bathymetrie. De grote ruimtelijke variaties in waterdiepteen de ruimtelijke distributie van bedvormen in het Marsdiep implicerendat een grote ruimtelijke variabiliteit in bodemwrijving en bodemweerstand teverwachten is. Verder is de schering in het bovenste gedeelte van de waterkolomtijdens eb minimaal en wordt het profiel gekenmerkt door een uniformevorm: de sterke ebstroming verhindert het onstaan van vertikale stratificatiedoor klassieke getijschering (classical tidal straining) die normaal gesprokende gangbare toename in schering verklaart in het bovenste gedeelte van dewaterkolom.Vertikale stratificatie wordt daarentegen vooral waargenomen tijdens laatvloed, waar het ontstaat uit dwars-getijschering (cross-stream tidal straining)en differentiële advectie. De vertikale stratificatie blijft behouden tijdens laatvloed, omdat de zwakke stroomsnelheden niet in staat zijn de stratificatie tevernietigen. De vertikale stratificatie dempt de vertikale uitwisseling van impulswaardoor een mid-diepte maximum in de langsstroming onstaat. Het middieptemaximum is gekenmerkt door negatieve vertikale schering in de langsstroomrichtingin het bovenste gedeelte van de waterkolom, die intern turbulentiegenereert.Een klassieke estuariene circulatie is waargenomen in het Marsdiep ondanksde af- en aanwezigheid van respectievelijk klassieke getijschering circulatie envloed stratificatie. De estuariene circulatie is bovendien gecorreleerd aan hetSimpson getal. De geobserveerde estuariene circulatie is gekenmerkt door eengrote seizoensvariabiliteit en is gesuperponeerd op een diepte-gemiddelde residuelestroming. De laatstgenoemde wordt voornamelijk gedreven door degetij-bathymetrie interactie en door verre wind effecten gerelateerd aan grootschaligeatmosferische drukverschillen. De grootte van de estuariene circulatiewordt voornamelijk bepaald door de grootte van de barocliene drukgradient enis minder afhankelijk van de getij-amplitude. De toename in getij-amplitude, engerelateerde maximale vertikale menging, van dood- naar springtij is minderbelangrijk voor de stabiliteit van de waterkolom, omdat goed-gemengde omstandighedenal voorkomen tijdens piek eb en vloed voor doodtij condities. Dedata suggereren dat de estuariene circulatie gegenereerd wordt door een onregelmatigegravitationele circulatie die voornamelijk belangrijk is gedurendede lange periode van kleine stroomsnelheden van laat vloed tot de kenteringvoor eb en die verder versterkt wordt door de toename in vertikale schering gerelateerdaan de aanwezigheid van vloed stratificatie. De estuariene circulatieintensiveert met toenemende vertikale mixing, namelijk van dood- naar springtij,wat afwijkt van typische getijschering-gedomineerde estuaria. De toenamein dwars-getijschering en differentiële advectie richting springtij bespoedigt deformatie van vertikale stratificatie tijdens laat vloed wat de ontwikkeling vande estuariene circulatie bevordert tijdens springtij.S AMENVAT T ING xviiDaarnaast is een eb-dominante asymmetrie in laterale advectie aanwezig inhet Marsdiep voor langs-saliniteitsgradienten groter dan 2.5*10?4 psu/m, dieeen afname in de sterkte van de estuariene circulatie veroorzaakt. De waarnemingensuggereren dat de sterkte van de estuariene circulatie in het periodiekgestratificeerdeMarsdiep voornamelijk bepaald is door de duur van de periodemet zwakke vertikale menging tijdens laat vloed, de vloed stratificatie en degrootte van de barocliene drukgradient.De dynamiek van de turbulentie in the Marsdiep varieert op een intra- eninter-getijde tijdschaal en beinvloedt de estuariene dynamica op verschillendemanieren. Nabij de bodem gegenereerde turbulentie verhoudt zich evenredigmet de sterkte van de getijstroming. De grootste turbulentie productie vindtdaarom plaats tijdens piek eb. Dienentegevolge beslaat de bodemgrenslaag degehele waterkolom tijdens het merendeel van eb, terwijl het gelimiteerd blijfttot de onderste 8 tot 12 m tijdens laat vloed, en beslaat alleen de gehele waterkolomtijdens piek vloed. Bijzonder is de observatie dat bodem-gegenereerdeturbulentie niet de enige bron van turbulentie is in het Marsdiep. Interne scheringin de dwarsstroming tijdens laat vloed en piek eb dragen tussen de 30en 50 procent bij aan de totale turbulente kinetische energie productie. De totaleproductie is ongeveer in evenwicht met de turbulente kinetische energiedissipatie, maar alleen wanneer de dwars component daarbij is inbegrepen.Verder creëert de aanwezigheid van vertikale stratificatie tijdens laat vloeden vroeg eb een hysterese effect in turbulentie productie: waardes zijn kleinertijdens laat vloed en vroeg eb, wanneer de waterkolom licht-gestratificeerd is,dan tijdens de tegenovergestelde fases van het getij, wanneer de waterkolomgoed gemengd is. Vloed stratificatie dient daarom als een put voor turbulentekinetische energie, wat over het algemeen voornamelijk wordt waargenomentijdens eb. Echter, vloed stratificatie stimuleert indirect de ontwikkeling vanintern-gegenereerde turbulentie door het creëren van een mid-diepte maximumin de langsstroom richting die de vertikale schering, en de turbulentie productie,in de waterkolom bevordert.Samenvattend, het Marsdiep is een estuarium waar een breed scala aan estuarieneprocessen plaats vinden, die alle bijdragen aan de vertikale structuurvan de stroming. De estuariene circulatie wordt gekenmerkt door een zeer variabeledynamiek als gevolg van de grote temporele variabiliteit in stroomsnelhedenen vertikale stratificatie. De stroomsnelheid, bodemwrijving en de dichtheidsgradientenbehoren tot de belangrijkste onderliggende factoren die de hydrodynamicain het periodiek-gestratificeerde Marsdiep aansturen, ondanks deovervloed aan afwijkingen van standaard tekstboek estuaria. |
IMIS is ontwikkeld en wordt gehost door het VLIZ.
