CFD Storten diepe delen

Dit rapport ondersteunt de besluitvorming over de stortstrategie in de Westerschelde, welke loopt binnen een vergunning van 7 jaar. Voorbereidingen voor de volgende vergunning starten eind 2025, waarbij tijdige aanpak van kennisvragen essentieel is. De huidige vergunningen maken gebruik van diep liggende stortvakken in de hoofdgeul. Er blijven echter praktische vragen over de doelmatigheid en doeltreffendheid van deze methode, bijvoorbeeld over de opname van gestort sediment in het natuurlijke morfologische systeem. Tot nu toe zijn antwoorden op deze vragen gezocht door middel van data-analyse en modellering. Wat betreft de modelering is het onduidelijk of de reguliere procesmodellen de juiste sedimentdynamiek vatten, vooral tijdens en kort na het storten van zandig materiaal. Deze studie onderzoekt de voordelen van het gebruik van near-field Computational Fluid Dynamics (CFD) modellering van de lokale details rondom een storting die in grootschalige modellen van de hele Westerschelde niet meegenomen kunnen worden. Deze CFD studie omvat ook processen die in eerdere CFD modellering van een storting nog niet meegenomen waren: multi-fractie sediment, depositie van sediment op de bodem, en erosie van sediment van de bodem terug in de waterkolom. De focus ligt op sedimentdynamiek tijdens en kort na het storten. Hierbij is onderzocht in hoeverre en op welke manier het gestorte sediment in het stortgebied blijft en wat de rol van segregatie en resuspensie in het near-field transport is. Een CFD-model van de Inloop van Ossenisse (Westerschelde) is opgezet voor verschillende stroomcondities in een getijcyclus. De simulaties zijn uitgevoerd met behulp van open-source software (TUDflow3D). TUDflow3D is specifiek ontwikkeld voor gedetailleerde simulaties van baggerprocessen en kan omgaan met multi-fractie sediment, dichtheidsstromen, turbulente menging en morfologische bodemontwikkeling met terugkoppeling naar de turbulente stroming. De simulaties leveren belangrijke inzichten op. Tijdens de eerste vijf minuten verspreidt het sediment zich al enkele honderden meters rondom de stortlocatie, in een zone van ongeveer 400 meter breed dwars op de stroming. Onder de hopper ontstaat een aanzienlijke erosiekuil, die ongeveer 40% van het gestorte volume beslaat. Dit opgewoelde sediment wordt opgenomen in de dichtheidsstroming, wat bijdraagt aan de reikwijdte en bezinking van sediment in de omgeving. Segregatie en resuspensie spelen een cruciale rol in het near-field transport. Vanaf een half uur na de storting wordt ruimtelijke segregatie de bepalende factor voor het bewegende sediment. De dynamiek varieert gedurende de getijcyclus, waarbij sediment bij kentering bezinkt en bij opkomende getijstroming weer in resuspensie komt. Het gebruik van meerdere sedimentfracties in de simulaties leidt tot andere uitkomsten dan het gebruik van slechts één fractie (D50). Dit verschil is vooral duidelijk bij sterkere stromingen, waarbij de D50-fractie de totale depositie binnen de eerste 500 meter onderschat en verder van de bron overschat. Deze bevindingen kunnen bijdragen aan verbeterde randvoorwaarden van een sedimentstorting in een grootschalig sediment-transport model voor toekomstige vergunningsaanvragen en zijn toepasbaar op andere locaties met vergelijkbare diepte en stromingsprofiel als de Inloop van Ossenisse.