Deltagoot

Met de Deltagoot voert Deltares onderzoek uit voor nationale en internationale opdrachtgevers en publieke en private organisaties. Tot onze belangrijkste opdrachtgevers behoren Rijkswaterstaat, de EU, aannemers, energiebedrijven, ontwikkelaars van duurzame energieconcepten en bijvoorbeeld betonfabrieken.

Ontwerpen voor waterkeringen, duinen of golfbrekers kunnen worden getest in de Deltagoot, zodat klanten uiteindelijk de beste, meest kostenefficiënte en toekomstbestendige oplossing kunnen kiezen. De Deltagoot is ook zeer geschikt voor het testen van golfbelastingen op offshore constructies zoals windturbines, olieplatforms en de bescherming van kabels en pijpleidingen.

Testen op ware grootte in de Deltagoot

Klimaatverandering legt meer dan ooit een hoge druk op waterverdediging. Elk jaar sterven wereldwijd ongeveer 7000 mensen als gevolg van overstromingen (bron: UNESCO). De economische schade bedraagt momenteel 22 miljard euro per jaar en zal alleen maar toenemen als er geen tegenmaatregelen worden genomen. Om te zorgen voor bescherming tegen overstromingen - tegen betaalbare kosten - zijn nieuwe innovatieve maatregelen nodig. Naast 'harde' keringen (beton, staal, steen) kunnen bijvoorbeeld ook 'zachte' maatregelen die gebruik maken van natuurlijke processen (zand, klei vegetatie) een oplossing bieden.

Op dit moment hebben veel van deze innovatieve oplossingen te lijden onder een gebrek aan kennis over hun gedrag onder natuurlijke (storm)omstandigheden. Testen op grote schaal onder controleerbare omstandigheden dragen bij aan empirisch onderbouwde antwoorden. In de Deltagoot kunnen veel waterkeringen, waaronder de meeste Nederlandse zeeweringen, worden blootgesteld aan ontwerpstormcondities op ware grootte, zelfs die met een frequentie van 1 over 10000 jaar.

Video: openingsgolf van de Deltagoot

Grootste opgewekte golven ter wereld

De bouw van de nieuwe Deltagoot begon in september 2012, met Ballast Nedam Infrastructuur als aannemer. De Deltagoot is 300 m lang, voornamelijk 9,5 m diep en 5 m breed.

De lengte van de installatie is nodig om de golfvoortplanting over geleidelijk oplopende vooroevers, zoals kustprofielen en uiterwaarden, te simuleren. Het modelleergebied heeft een diepte van 9,5 m en een lengte van 183 m, met daarachter een extra sectie van 75 m met een diepte van 7 m. Het resterende deel van de gootlengte is voor de golfgenerator.

Het diepe deel heeft een lengte die voldoende is voor het modelleren van constructies zoals dijken, terwijl de combinatie met een ondieper deel het mogelijk maakt om zandige vooroevers te modelleren over een lengte van ongeveer 250 m in combinatie met bijvoorbeeld duinen. Doorgaans wordt een waterdiepte bij het golfschot tussen 2,5 m en 8 m gebruikt.

De diepte is nodig om individuele golven tot 4,5 m hoogte te genereren (significante golfhoogte H_s = 2,0 m - 2,05 m). Zulke grote golven kunnen tot nu toe nergens ter wereld worden opgewekt. Om deze grote golven op te wekken, wordt een 10 m hoog golfschot gebruikt, die horizontaal heen en weer wordt bewogen met hydraulische cilinders. De optimale waterdiepte bij het golfschot voor het bereiken van de hoogste significante golfhoogte waarvoor ook de golfhoogteverdeling nauwkeurig is gemodelleerd, is 6,5 tot 6,9 m.

Het golfschot is uitgerust met de ARC-functionaliteit (Active Reflection Compensation System), een controle- en feedbacksysteem dat door de te beproeven constructie weerkaatste golven absorbeert, die anders de metingen zouden verstoren.

Vier Olympische zwembaden

Naast de Deltagoot bevindt zich een waterreservoir met 9 miljoen liter zoet water. Dat is het equivalent van vier Olympische zwembaden. Het reservoir ligt ondergronds parallel aan de goot. Er zijn drie pompstations met een gezamenlijke capaciteit van 1,0 m3/s om het water tussen het reservoir en de goot te pompen. Dat kan ook tijdens het testen, zodat variaties in het waterniveau, zoals veroorzaakt door stormvloeden en getijden, tijdens het genereren van golven kunnen worden gesimuleerd. Dat is belangrijk voor studies van bijvoorbeeld dijkbekledingen.

Natuurlijk golfveld simuleren

in de Deltagoot kunnen zowel regelmatige als onregelmatige golven worden opgewekt met het golfschot. In de natuur komen regelmatige golven zelden voor, want er is altijd een continue variatie van grote en kleine, lange en korte golven, het zogenaamde natuurlijke golfveld. Het golfschot kan dit natuurlijke golfveld simuleren door software gestuurde beweging van het golfschot en een direct gebruik van de golfmetingen in de goot. Het golfschot kan eerste orde en tweede orde onregelmatige golven genereren, maar ook gefocuste eenlinggolven en tsunami’s. De regelmatige golven worden gebruikt voor academisch (detail) onderzoek.

Schaaleffecten voorkomen en verminderen

Een van de belangrijkste voordelen van de Deltagoot is dat schaaleffecten worden geminimaliseerd, omdat een groot deel van de testen kan worden uitgevoerd op (bijna) prototypeschaal. Het voorkomen of verminderen van schaaleffecten is bijvoorbeeld belangrijk voor kustconstructies waarin zand, klei, gras of ander natuurlijk constructiemateriaal wordt toegepast. Dijken, duinen, golfbrekers, bodembeschermingen, offshore windmolenparken en stormvloedkeringen kunnen worden getest.

Metingen en meettechnieken

Typische metingen die in de Deltagoot kunnen worden uitgevoerd zijn golfhoogtemetingen, drukken, (golf)krachten, stroomsnelheden, golfoverslag en schadeprofielen. Er zijn hiervoor verschillende meettechnieken ontwikkeld. Naast klassieke puntmetingen zijn ook synoptische meettechnieken (d.w.z. hoge-resolutie metingen van tijdsafhankelijke ruimtelijke velden) ontwikkeld.

Voor golfmetingen worden de beproefde draadgolfhoogtemeters van het weerstandstype gebruikt. Radars kunnen worden gebruikt om golfhoogtemetingen op elke locatie te verkrijgen. Daarnaast kan het gebruik van laserscanners en stereo matching van videobeelden worden gebruikt om ruimtelijk verdeelde informatie van golven en/of (vervormde) constructies te verkrijgen. Ook wordt gezorgd voor een goede visuele observatie van de testen met behulp van bijvoorbeeld een centraal video-observatiesysteem en optionele (verzonken) holtes in de gootwand in de buurt van de locatie van de meeste modellen om instrumenten te installeren.

Projecten en klanten

De Deltagoot kan worden gebruikt voor onderzoeken waarbij niet alleen grote waterbewegingen van grote invloed zijn op de resultaten, maar ook de gedetailleerde stromingen in kleine ruimtes tussen stenen en zand of klei. Het is niet eenvoudig om een duidelijk beeld te krijgen van hoe deze dingen werken op kleine schaal. Dit soort testen kunnen op ware grootte worden uitgevoerd in de Deltagoot. Bij typische metingen in de Deltagoot wordt gekeken naar golfhoogten, golfdrukken en -krachten, stroomsnelheden, golfoverslag, schadepatronen en vervormingen.

De grootte en de beschikbare golfcondities van de Deltagoot maken het mogelijk om bijna elke constructie en objecten op bijna prototypeschaal te testen. Enkele voorbeelden zijn:

• Golfbrekers (stabiliteit van toplaag en filter, golfoverslag, golfdrukken, golfkrachten)
• Kades / Dijken (golfoverslag, golfoploop, stabiliteit van binnen- en buitentalud, golfkrachten, piping)
• Erosie van begroeide vooroevers, inclusief golfdemping door vegetatie (zoals kwelder/schor, gras of struikgewas)
• steenzettingen
• Duin-erosie
• Erosie en stabiliteit van bodembeschermingen
• Offshore pijpleidingen en constructies
• Testen van golfenergieconverters (WEC's)
• Golfbelasting op drijvende constructies
• Testen van onderwatervoertuigen in combinatie met turbulente omstandigheden
• Testen en kalibreren van veldapparatuur

Technische specificaties

Golfgoot

• Totale lengte ongeveer 291m
• Breedte: 5 m
• Diepte: 9,5 m

Golfgenerator

• Volledige slag: 7 m
• "Dry-back", zuiger-type golfaandrijving (4 zuigers)
• Golfschotsturing van de eerst en tweede orde
• Actieve reflectiecompensatie
• Geïnstalleerd elektrisch vermogen voor golfopwekking: 1,9 MW

Ontwerp golfmachine en leverancier MTS (VS)

• Maximale hoogte (regelmatig) H max,r: 3.3 m
• Maximale golfhoogte H = 4,5 m
• Maximale significante golfhoogte H_m0: 2,0 m
• Golfpiekperiode: 5,7 s < Tp < 13,4 s
• Golfperiode 1 s < T < 20 s.

Details

• Reservoir (lengte, breedte, diepte gelijk aan afmetingen goot).
• Pompen tussen goot en reservoir om getijden of windopzet te simuleren en om verschillende delen van het gootdeel te vullen of te legen.
• Lokale verbreding van de goot voor speciale opstellingen (breedte 9 m, diepte 10 m, lengte 1,5 m).
• Gootkraan (2 haken, 125 kN elk).
• Meetwagen (maximumsnelheid 1 m/s en trekkracht van 10 kN).