BE1024397B1

BE1024397B1 - Werkwijze voor het met behulp van een baggerinrichting baggeren van een onderwaterbodem in een gebied

Info

Publication number: BE1024397B1
Application number: BE2013/0840A
Authority: BE
Inventors: Luk Verstraelen; Arjan Cornelis Sybren Mol
Original assignee: Baggerwerken Decloedt En Zoon
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2018-02-07
Also published as: EP3080358A1; CA2932952C; NZ721050A; CA2932952A1; US9777462B2; US20160312439A1; WO2015086856A1; AU2014363361A1; SG11201604648VA; EP3080358B1; AU2014363361B2; PL3080358T3; DK3080358T3

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor het met een baggerinrichting baggeren van een onderwaterbodem in een gebied. De werkwijze omvat de onder controle van een computer via een digitaal netwerk verlopende stappen van het bepalen van de huidige posities van de baggerinrichting en van een verontreinigingsbron in het gebied; het in een hydrodynamisch model van het gebied invoeren van invoergegevens betreffende het gebied; het met behulp van het hydrodynamisch model bepalen van de mate van verontreiniging op posities in het gebied als gevolg van verspreiding van de verontreiniging vanaf de bron; het vergelijken van de mate van verontreiniging op posities in het gebied met een drempelwaarde voor deze posities; en het eventueel aanpassen van het baggerproces indien de mate van verontreiniging de drempelwaarde overschrijdt. Met de uitgevonden werkwijze kan onderwaterbodem worden gebaggerd waarbij enerzijds de productie wordt gemaximaliseerd en anderzijds de gevolgen voor de natuurlijke omgeving worden geminimaliseerd.

Description

Werkwijze voor het met behulp van een baggerinrichting baggeren van een onderwaterbodem in een gebied

Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het met behulp van een Γ baggerinrichting baggeren van een onderwaterbodem in een gebied. De uitvinding betreft eveneens een computerprogramma dat programma-instructies bevat voor het door een computer uit laten voeren van de werkwijze. De uitvinding heeft voorts betrekking op een computer die is ingericht voor het uitvoeren van een dergelijk computerprogramma.

Bij het baggeren van een onderwaterbodem wordt een snijdorgaan van een baggerinrichting, zoals bijvoorbeeld de zuigkop van een sleephopperzuiger of de snijkop van een stationair gepositioneerde snijkopzuiger over de onderwaterbodem voortbewogen. Hierbij worden losgekomen bodemdeeltjes opgezogen via een zuigpijp die is verbonden met de baggerinrichting.

Bij het baggeren van een gebied is het van groot belang rekening te houden met onvoorziene gebeurtenissen die kunnen leiden tot schade aan het gebied. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk dat de watertemperatuur te hoog stijgt wat leidt tot sterfte aan flora en fauna. De watertemperatuur zou bijvoorbeeld kunnen stijgen wanneer een krachtcentrale haar water loost in of nabij het te baggeren of op te spuiten gebied waardoor de lokale hydrodynamica wordt verstoord of uitvalt. Een ander voorbeeld betreft het baggeren van een dan zout water grenzend zoetwatergebied, waarbij het zoutgehalte (of saliniteit) plots zou kunnen oplopen.

Een voorbeeld van bijzonder belang betreft een verhoogde troebelheid (turbiditeit) van het water, als gevolg van in het water terechtkomende fijne sedimentdeeltjes die niet of onvoldoende worden afgezogen door de zuigpijp. Deze door het baggeren zelf opgewekte verontreinigingsbron kan schade toebrengen aan koraalriffen bijvoorbeeld. De fijne deeltjes kunnen in het geval van een sleephopperzuiger bijvoorbeeld via de overstort van het beun van de sleephopperzuiger in het water terechtkomen en een pluim vormen die zich achter de sleephopperzuiger over het te baggeren gebied verspreidt.

Onderhavige uitvinding beoogt in een werkwijze voor het baggeren van een onderwaterbodem te voorzien waarbij enerzijds de productie wordt gemaximaliseerd en anderzijds de gevolgen voor de natuurlijke omgeving worden geminimaliseerd conform hieraan gestelde eisen.

Dit en andere doelen worden bereikt door een werkwijze te verschaffen met de kenmerken zoals verwoord in conclusie 1. In het bijzonder wordt een werkwijze verschaft voor het met behulp van een baggerinrichting baggeren van een onderwaterbodem in een gebied, waarbij de werkwijze tenminste de volgende onder controle van een computer via een digitaal netwerk verlopende stappen omvat van: a) het bepalen van de huidige posities van de baggerinrichting en van een verontreinigingsbron in het gebied; b) het in een hydrodynamisch model van het gebied invoeren van invoergegevens betreffende het gebied; c) het met behulp van het hydrodynamisch model bepalen van de mate van verontreiniging op posities in het gebied als gevolg van verspreiding van de verontreiniging vanaf de bron; d) het vergelijken van de mate van verontreiniging op posities in het gebied met een drempelwaarde voor deze posities; en e) het eventueel aanpassen van het baggeren indien de mate van verontreiniging de drempelwaarde overschrijdt.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk op regelmatige tijdstippen, bijvoorbeeld dagelijks, de verspreiding van een verontreiniging over het gebied als gevolg van het baggeren met de baggerinrichting te voorspellen. Het baggeren kan dan op basis van deze voorspellingen desgewenst worden aangepast. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk het baggeren tijdelijk te onderbreken, de opbrengst van de verontreinigingsbron te verminderen, en/of baggerparameters te wijzingen, en/of in een uitvoeringsvorm een toekomstige positie van de baggerinrichting te bepalen.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een werkwijze verschaft waarin de huidige of een voorziene toekomstige positie van de baggerinrichting wordt aangepast. Bij het baggeren met een sleephopperzuiger bijvoorbeeld wordt doorgaans een traject voor de baggerinrichting voorzien. Indien de mate van verontreiniging de drempelwaarde overschrijdt of dreigt te overschrijden in één of meerdere posities in het gebied kan in de onderhavige uitvoeringsvorm het voorziene traject worden aangepast. Met de werkwijze volgens de uitvinding kan vervolgens de verspreiding van de verontreiniging over het gebied als gevolg van het aangepaste traject worden voorspeld. Het gewenste traject ontziet kwetsbare posities in het gebied, zoals bijvoorbeeld gevormd door koraalriffen. In de werkwijze volgens de uitvinding kan de drempelwaarde voor alle posities dezelfde waarde hebben. Bij voorkeur echter zal de drempelwaarde voor posities verschillen, waarbij de drempelwaarde voor kwetsbare posities doorgaans lager zal zijn dan deze voor minder kwetsbare posities.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt gebruik van een hydrodynamisch model.

Een dergelijk model omvat bij voorkeur een rekenrooster van het gebied waarbij elk snijpunt van het rekenrooster een positie in het gebied bepaalt door middel van een stel unieke (x,y) coördinaten. Een bathymétrie van het gebied levert voor elke positie een dieptecoördinaat z. Het zal duidelijk zijn dat de dichtheid van het rekenrooster (het aantal posities per lengte-eenheid) vrij kan worden gekozen in afhankelijkheid van de gewenste nauwkeurigheid. Een geschikt hydrodynamisch model berekent in een aantal posities in het gebied, en bij voorkeur in alle posities, ten minste de waterstand (waterdiepte), de stroomsnelheid en de mate van verontreiniging.

Opgemerkt wordt dat het uitgangsprofiel van de bodemdiepte in een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt bij gesteld door rekening te houden met de door de baggerinrichting eventueel in het diepteprofiel van de bodem aangebrachte wijzigingen. Deze wijzigingen kunnen bijvoorbeeld voor een sleephopperzuiger bepaald worden door de hoeveelheid afgegraven onderwaterbodem te meten in een bepaalde positie van de sleephopperzuiger. Dit kan gebeuren door een meting van de diepgang, door een debiets- en concentratiemeting in de zuigleiding of door informatie te verzamelen met betrekking tot de stand van de sleepkop, in het bijzonder de breedte ervan en de indringdiepte in de bodem. Op deze wijze kan het diepteprofiel als gevolg van het baggeren continu worden bijgesteld.

Om de mate van verontreiniging op adequate wijze te kunnen bepalen in het gebied als gevolg van verspreiding van uit één of meerdere verontreinigingsbronnen afkomstige verontreiniging wordt in een uitvoeringsvorm van de uitvinding een werkwijze verschaft waarin de invoergegevens statische invoergegevens omvatten die gedurende het baggeren niet noemenswaardig veranderen, en die tenminste een geologisch model van de te baggeren bodem betreffen. Een dergelijk geologisch model van de bodem van (delen van) het gebied kan op bekende wijze worden verkregen, bijvoorbeeld door het uitvoeren van boringen. Een analyse van de aldus verkregen bodemmonsters omvat bij voorkeur tenminste een granulométrie van het bodemmateriaal.

In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een werkwijze verschaft waarin de statische invoergegevens een bathymétrie omvatten van de bodem, bodemeigenschappen en/of de in het hydrodynamisch model toegepaste kalibratieconstanten. Toepassing van kalibratieconstanten in het hydrodynamisch model laat toe de nauwkeurigheid van de voorspellingen te verhogen. De kalibratieconstanten kunnen worden aangepast door de met het model in posities voorspelde mate van verontreiniging te vergelijken met de gemeten mate van verontreiniging in de posities.

Naast de toepassing van statische invoergegevens wordt een uitvoeringsvorm van de werkwijze gekenmerkt doordat de invoergegevens dynamische invoergegevens omvatten die gedurende het baggeren veranderen, en die gegevens omvatten betreffende getijdenstromingen, wind- en golfvelden, en/of de opbrengst van de verontreinigingsbron.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze wordt het gebied begrensd door randen en omvatten de gegevens betreffende getijdenstromingen tijdreeksen van waterstanden aan de randen. Dergelijke tijdreeksen zijn bijvoorbeeld bij lokale klimaatinstanties op te vragen, en fungeren als tijdsafhankelijke randvoorwaarden (‘boundary conditions’) voor het hydrodynamisch model. Aan randdelen van het gebied opgelegde waterstandsverschillen bijvoorbeeld zullen een stroming teweegbrengen van het ene randdeel naar het andere randdeel.

Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de gegevens betreffende wind- en golfvelden tijdreeksen omvatten van windsnelheidsvectoren, respectievelijk van golfhoogtes, periodes en richtingen voor posities in het gebied. Deze informatie kan bijvoorbeeld worden verkregen van consultants die zich bezig houden met weersvoorspellingen.

In nog een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvatten de gegevens betreffende de opbrengst van de verontreinigingsbron de per tijdseenheid voortgebrachte hoeveelheid verontreiniging van de verontreinigingsbron of -bronnen.

In het geval van een warmtebron bijvoorbeeld kan de opbrengst de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid wordt voortgebracht betreffen. Een ander voorbeeld waarin een zoutbron voor verontreiniging zorgt kan de opbrengst de per tijdseenheid in het water gebrachte hoeveelheid zout betreffen.

De uitgevonden werkwijze is in het bijzonder geschikt voor het minimaliseren van de gevolgen voor de natuurlijke omgeving tijdens het baggeren, waarbij de verontreinigingsbron de baggerinrichting zelf betreft. Bij het baggeren van een gebied kunnen fijne deeltjes in het geval van een sleephopperzuiger bijvoorbeeld via de overstort van het beun van de sleephopperzuiger in het water terechtkomen en een pluim vormen die zich achter de sleephopperzuiger over het te baggeren gebied verspreidt. Dit veroorzaakt een verhoogde troebelheid van het water die schade kan toebrengen aan koraalriffen bijvoorbeeld.

In een dienovereenkomstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de opbrengst van de verontreinigingsbron de per tijdseenheid door de baggerinrichting in het gebied gebrachte hoeveelheid bodemmateriaal. Deze hoeveelheid wordt doorgaans uitgedrukt in een aantal kg bodemmateriaal per seconde en ook wel aangeduid met de Engelse term ‘spill’. Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een werkwijze verschaft waarin de spill wordt berekend op basis van een geologisch model van de bodem, het type baggerinrichting en de te verwachte productie van de baggerinrichting op de positie waar deze zich momenteel bevindt. Het is ook mogelijk de spill tijdens het baggeren te meten en deze als invoergegeven in het hydrodynamisch model in te voeren.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitgevonden werkwijze wordt de mate van verontreiniging op posities in het gebied bepaald door een sedimenttransport model.

Een dergelijk model kan bijvoorbeeld stroomsnelheden in posities van het gebied als invoergegevens gebruiken, evenals valsnelheden van bodemdeeltjes die in het water terechtkomen. Deze valsnelheden kunnen bijvoorbeeld worden verkregen uit de opgemeten granulométrie van het bodemmateriaal. Op basis hiervan kan in een aantal posities in het gebied, en bij voorkeur in alle posities, berekend worden hoe ver een bodemdeeltje vanaf de verontreinigingsbron wordt meegevoerd met de stroming, en waar dit deeltje eventueel op de bodem zal neerkomen. In een dergelijk sedimenttransport model kan desgewenst ook rekening worden gehouden met optredende turbulentie in de stroming. Het zal duidelijk zijn dat met name fijne deeltjes bodemmateriaal lang in suspensie zullen blijven in het water.

De uitvoer van het sedimenttransport model betreft het gehalte aan fijne bodemdeeltjes in het water voor posities in het gebied. Het is in een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding mogelijk de mate van verontreiniging, en meer in het bijzonder het gehalte aan fijne deeltjes in het water te meten. Het gehalte aan fijne deeltjes wordt bij voorkeur gemeten door middel van de troebelheid (turbiditeit in NTU) dan wel de sedimentconcentratie (in mg/1). De metingen worden bij voorkeur gebruikt om de uitvoer van het model te toetsen, waarbij kalibratieconstanten van het model desgewenst kunnen worden aangepast om de uitvoer en de metingen dichter tot elkaar te brengen.

Volgens de uitvinding wordt tijdens het baggeren de berekende mate van verontreiniging op posities in het gebied (bij voorkeur op continue wijze) vergeleken met een drempelwaarde voor deze posities. Op basis van de vergelijking wordt het baggerproces eventueel aangepast indien de mate van verontreiniging de drempelwaarde overschrijdt. Hierbij kunnen verschillende criteria worden toegepast. Zo is het in een uitvoeringsvorm van de uitvinding mogelijk het baggerproces slechts aan te passen indien de mate van verontreiniging een drempelwaarde overschrijdt gedurende een bepaalde periode, bij voorkeur een aantal dagen. Ook is het mogelijk een gemiddelde maat voor de berekende waarden van de mate van verontreiniging toe te passen en deze te vergelijken met de drempelwaarde. Een geschikte gemiddelde maat betreft bijvoorbeeld de mediaan.

Wordt bijvoorbeeld onderwaterbodem uitgegraven met een sleephopperzuiger dan zal de sleephopperzuiger volgens onderhavige uitvinding een traject volgen dat voldoet aan een minimale waarde van een optimum criterium, waarbij enerzijds de productie wordt gemaximaliseerd en anderzijds de gevolgen voor de natuurlijke omgeving worden geminimaliseerd conform hieraan gestelde eisen.

Omdat de te baggeren onderwaterbodem en eventueel kwetsbare gedeeltes van het gebied zich onder water bevinden is het voor de bediener van een baggerinrichting niet eenvoudig om met een hoog rendement te baggeren, en tegelijkertijd de kwetsbare gedeeltes te ontzien. Het heeft voordelen de werkwijze volgens de uitvinding te kenmerken doordat de mate van verontreiniging digitaal wordt gevisualiseerd voor de bediener van de baggerinrichting. Desgewenst kunnen andere grootheden zoals de huidige positie van de baggerinrichting en/of van de verontreinigingsbronnen, en/of het diepteprofiel van de onderwaterbodem bijvoorbeeld digitaal worden gevisualiseerd. De huidige positie van de baggerinrichting en/of van de verontreinigingsbronnen kunnen bijvoorbeeld worden bepaald door een GPS systeem.

De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het met behulp van een baggerinrichting baggeren van een onderwaterbodem in een gebied. De inrichting volgens de uitvinding omvat een centrale computer die via een digitaal netwerk is verbonden met de baggerinrichting en die is ingericht voor het uitvoeren van een werkwijze die tenminste de stappen omvat van: a) het bepalen van de huidige posities van de baggerinrichting en van een verontreinigingsbron in het gebied; b) het in een hydrodynamisch model van het gebied invoeren van invoergegevens betreffende het gebied; c) het met behulp van het hydrodynamisch model bepalen van de mate van verontreiniging op posities in het gebied als gevolg van verspreiding van de verontreiniging vanaf de bron; d) het vergelijken van de mate van verontreiniging op posities in het gebied met een drempelwaarde voor deze posities; en e) het eventueel aanpassen van het baggerproces indien de mate van verontreiniging de drempelwaarde overschrijdt.

Aanpassen van het baggerproces kan bijvoorbeeld omvatten het tijdelijk onderbreken van het baggeren, het verminderen van de opbrengst van de verontreinigingsbron, en/of het wijzigen van baggerparameters, en/of in een uitvoeringsvorm het bepalen van een toekomstige positie van de baggerinrichting. De computer is volgens de uitvinding ingericht voor het uitvoeren van de werkwijze en is daartoe geladen met een computerprogramma dat programma-instructies bevat voor het uit laten voeren van de werkwijze. De voordelen van een dergelijke inrichting zijn reeds toegelicht aan de hand van de hierboven besproken werkwijze, en zullen hier niet worden herhaald. De inrichting volgens de uitvinding verzamelt de benodigde invoergegevens en berekent de mate van verontreiniging in posities van het gebied ten gevolge van de verspreiding ervan vanuit één of meerdere verontreinigingsbronnen die zich bij voorkeur in het gebied bevinden. In een uitvoeringsvorm van de inrichting vergelijkt de inrichting de modeluitvoer met drempelwaarden voor posities in het gebied en zend op basis van deze vergelijking via het digitale netwerk stuursignalen uit naar de baggerinrichting die het traject ervan eventueel bij sturen. In een andere uitvoeringsvorm wordt de modeluitvoer zichtbaar gemaakt op een digitaal scherm, op basis waarvan een bediener van de baggerinrichting het traject eventueel bijstuurt. De modeluitvoer kan door de computer desgewenst op continue wijze worden herberekend in functie van optredende wijzigingen in de invoergegevens, met name de dynamische invoergegevens.

De uitvinding zal nu verder worden verduidelijkt aan de hand van de in de volgende figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden, zonder overigens hiertoe te worden beperkt. Hierin toont: figuur 1 schematisch een uitvoeringsvorm van een model toolbox die wordt toegepast in het kader van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding; figuur 2 schematisch een uitvoeringsvorm van een inrichting waarmee de werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd; figuur 3 schematisch een uitvoeringsvorm van een visualisatie interface volgens de uitvinding die een plattegrond van het te baggeren gebied voorstelt; en figuur 4 een schematische weergave van een mogelijke output van een door een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding uitgevoerde berekening.

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt schematisch een uitvoeringsvorm getoond van een model toolbox die wordt toegepast in het kader van de werkwijze volgens de uitvinding. De kern van de toolbox wordt gevormd door een hydrodynamisch model 1 van het te baggeren gebied en een daaraan gekoppeld sedimenttransport model 2. Voor het uitvoeren van de berekeningen wordt het te baggeren gebied 5 gedefinieerd (zie bijvoorbeeld figuur 3) door de randen 50 aan te geven en een (niet getoond) rekenrooster aangelegd dat het gebied bestrijkt. De cellen van het rekenrooster bepalen de posities waarin de uitvoer van de modellen wordt bepaald.

Het sedimenttransport model 2 gebruikt stroomsnelheden en onderwaterbodem afschuifspanningen die door het hydrodynamisch model 1 worden berekend. Beide modellen (1,2) gebruiken invoergegevens waarvan een deel statische invoergegevens (10,20) omvatten die eventueel door de bediener van een systeem kunnen worden gewijzigd op basis van metingen doch die gedurende het baggeren niet noemenswaardig veranderen. De statische invoergegevens 10 voor het hydrodynamische model 1 omvatten tenminste een bathymétrie (diepteprofiel) van de bodem en/of de in het hydrodynamisch model 1 toegepaste kalibratieconstanten. Daarnaast kunnen de viscositeit en in voorkomende gevallen het zoutgehalte van het water eveneens deel uitmaken van de statische invoergegevens 10.

De statische invoergegevens 20 voor het sedimenttransport model 2 omvatten tenminste de bodem- en/of de sedimenteigenschappen.

De invoergegevens (10, 20) kunnen als velden zijn gedefinieerd (bijvoorbeeld voor de bathymétrie), als tijdreeksen en./of als scalaire grootheden. Het spreekt vanzelf dat voor alle invoergegevens beginwaarden moeten worden opgegeven. In de modellen kunnen constante waarden worden aangenomen als statisch invoergegeven waarna de modellen een aantal malen worden doorgerekend (een opwarmperiode wordt in acht genomen) om de beginwaarden te verkrijgen. De door de modellen in de opwarmperiode gegeneerde resultaten worden doorgaans niet gebruikt. Een andere mogelijkheid bestaat erin de resultaten uit een voorgaande doorrekening als invoerwaarden te gebruiken in een daaropvolgende doorrekening. Het gebruik van aldus verkregen dynamische beginwaarden laat toe goede resultaten te verkrijgen vanaf de eerste doorrekeningen. De totale simulatietijd is derhalve korter en voorspellingsresultaten worden sneller gegenereerd.

De invoergegevens omvatten verder dynamische invoergegevens (11,12, 21, 22,23) die gedurende het baggeren veranderen, en die gegevens omvatten betreffende getijdenstromingen, wind- en golfvelden, en/of de opbrengst van de verontreinigingsbron of -bronnen.

Meer in het bijzonder omvatten dynamische invoergegevens (11,12) voor het hydrodynamisch model randvoorwaarden 11 in de vorm van tijdreeksen van waterstanden aan de randen van het gebied. Deze randvoorwaarden 11 omvatten astronomisch berekende getijden langs de randen van het modelgebiéd en kunnen bijvoorbeeld worden verkregen uit beschikbare getijdenmodellen.

De dynamische gegevens (11,12) omvatten verder tijdreeksen van windsnelheidsvectoren 12 in posities van het gebied, en eventueel van golfgegevens (zoals golfhoogte, richting en periode). Het is mogelijk deze gegevens te verkrijgen door puntmetingen van windsnelheid en windrichting. Met name in wiriter- en overgangscondities kan het aangewezen zijn 2D wind en luchtdrukvelden als invoergegevens 12 te gebruiken.

De dynamische invoergegevens (21,22,23) voor het sedimenttransport model omvatten de per tijdseenheid voortgebrachte hoeveelheid verontreiniging, en in een uitvoeringsvorm waarin de verontreinigingsbron de baggerinrichting betreft de per tijdseenheid door de baggerinrichting in het gebied gebrachte hoeveelheid bodemmateriaal. Om deze opbrengst te kwantificeren kunnen een aantal baggerschepen worden gespecificeerd. De dynamische invoergegevens 23 omvatten dan bijvoorbeeld een tijdreeks die de route (het traject) van het baggerschip weergeeft alsmede de door het baggerschip gemorste hoeveelheid bodemmateriaal.

De randvoorwaarden 21 voor het sedimenttransport model 2 worden doorgaans op nul gesteld (geen sediment in het water langs de randen van het gebied) aangezien de modellen enkel overtollige sedimentgehaltes als gevolg van de baggerwerkzaamheden voorspellen. Het is echter mogelijk van nul verschillende sedimentgehaltes aan de randen op te geven, indien dit wenselijk is.

De dynamische invoergegevens 22 omvatten tijdreeksen van golfvelden, zoals deze worden voorspeld door het hydrodynamische model (als onderdeel van uitvoer 15, zie hieronder). In het bijzonder omvatten de dynamische invoergegevens 22 tijdreeksen van golfhoogte, goliperiode en gemiddelde golfrichting voor posities in het gebied. Het is ook mogelijk een andere bron voor de golfVeldinfbrmatie te gebruiken.

De uitvoer 15 van het hydrodynamisch model betreft waterhoogtes, stroomsnelheden en -richtingen en bodem afschuifspanningen in posities van het gebied.

De uitvoer 25 van het sedimenttransport model betreft het gehalte aan fijne bodemdeeltjes in het water voor posities in het gebied. Ter toetsing van de modeluitvoer wordt in een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding de mate van verontreiniging, en meer in het bijzonder het gehalte aan fijne deeltjes in het water te meten, bij voorkeur door middel van in posities uitgevoerde turbiditeitsmetingen.

Onder verwijzing naar figuur 2 wordt een uitvoeringsvorm van een inrichting 3 getoond waarmee de werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd. De inrichting 3 omvat een centrale computer 30 die via een digitaal netwerk (40,41) is verbonden met één of meerdere (niet-getoonde) baggerinrichtingen en die is ingericht voor het uitvoeren van de werkwijze. De programma-instructies voor het door de computer 30 uit laten voeren van de werkwijze zijn ondergebracht in een observatiemodule 31, een voorspellingsmodule 32, een beslismodule 33, en een waarschuwingsmodule 34.

De observatiemodule 31 verzamelt in hoofdzaak alle historische, huidige en voorspelde gegevens (invoer- en uitvoergegevens 10,11,12, 20,21,22,23,15,25) die nodig zijn voor het uitvoeren van de voorspellingen. De observatiemodule 31 kan via een deel 40 van het digitale netwerk zijn verbonden met externe gegevensbronnen 35, die bijvoorbeeld databanken, websites, FTP servers en dergelijke omvatten, en/of met mobiele verbindingen 36. De observatiemodule 31 haalt de gewenste invoer- en uitvoergegevens op, voert bij voorkeur een kwaliteitstoets uit op de opgehaalde gegevens, en zet de gegevens eventueel om in een bruikbaar formaat. Een kwaliteitstoets op gegevens kan bijvoorbeeld betrekking hebben op extreme waarden, missende gegevens, en/of op de betrouwbaarheid van gegevens.

De voorspellingsmodule 32 haalt de invoergegevens (10, 11, 12,20, 21, 22,23) op, evenals gegevens betreffende de huidige posities van de baggerinrichting(en) en van één of meer verontreinigingsbronnen in het gebied, en bepaalt met behulp van een hydrodynamisch model 1 van het gebied de mate van verontreiniging op posities in het gebied als gevolg van verspreiding van de verontreiniging vanaf de bron. De voorspellingsmodule 32 voert eveneens postprocessing uit van de uitvoergegevens (15, 25) en omvat bij voorkeur tevens fail-over mechanismes in geval een modelberekening vastloopt en/of essentiële invoergegevens ontbreken. In een uitvoeringsvorm waarin een verontreinigingsbron wordt gevormd door een baggerinrichting betreft de mate van verontreiniging het gehalte aan fijne deeltjes in het water, zoals gemeten door middel van de troebelheid (turbiditeit in NTU), en wordt de mate van verontreiniging op posities in het gebied bepaald door een sedimenttransport model 2, zoals hierboven beschreven. De van de voorspellingsmodule 32 deel uitmakende modellen, in het bijzonder het hydrodynamische model 1 en het sedimenttransport model 2, kunnen op regelmatige basis worden uitgevoerd. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de modellen dagelijks uit te voeren, waarbij de uitvoer van de modellen bijvoorbeeld de beginvoorwaarden vormen voor de volgende dag. Korte termijnvoorspellingen (3 tot 7 dagen) verhogen de nauwkeurigheid van de voorspelling, daar waar lange termijnvoorspellingen (meer dan 7 dagen) hulp kunnen bieden bij het waarnemen van trends.

De beslismodule 33 ondersteunt de bediener van een baggerinrichting bij het interpreteren van het resultaat van de voorspellingsberekeningen (waaronder de uitvoergegevens (15,25)). Ook geeft de beslismodule 33 informatie betreffende de betrouwbaarheid van de modelvoorspellingen. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door de modellen (1 en/of 2) meerdere keren uit te voeren met gewijzigde invoergegevens (10, 11,12, 20, 21, 22, 23). Deze berekeningen kunnen automatisch worden uitgevoerd en/of door de bediener worden geïnitieerd.

De invoergegevens en de door de modellen gegeneerde resultaten worden opgeslagen in gegevensbanken (35, 43, 44). In zijn eenvoudigste vorm omvatten de gegevensbanken een bestandsgeoriënteerde directory structuur die de gegevens, externe voorspellingen en modelresultaten bevat in een gestandaardiseerd format. Meer complexe toepassingen zoals SQL en/of Oracle zijn ook mogelijk. Het de vakman bekende Open Earth georiënteerde systeem voor gegevensopslag, postprocessing en rapportage is in het bijzonder nuttig.

De waarschuwingsmodule 34 tenslotte brengt de informatie met betrekking tot de voorspelling in eenvoudige, concrete resultaten samen en vergelijkt de mate van verontreiniging op posities in het gebied met een drempelwaarde voor deze posities. De waarschuwingsmodule 34 bevat tevens instructies voor het automatisch doorzenden van voorspellingsresultaten, zoals bijvoorbeeld het via een deel 41 van het digitale netwerk verzenden van Sms-berichten naar een mobiele telefoon 37 in geval van een alarm, of het verzenden van beknopte verslagen via e-mail naar een werkstation 38. Als overschrijdingen van drempelwaarden worden geconstateerd, initieert de waarschuwingsmodule 34 in een voorkeursuitvoeringsvorm een feedbacklus 39 waarbij de modelberekeningen door de voorspellingsmodule 32 een aantal malen worden herhaald met gewijzigde baggerscenario’s (zoals een ander traject, andere baggerinstellingen, enzovoorts) totdat vooraf ingestelde drempelwaarden voor de mate van verontreiniging worden bereikt.

In deze uitvoeringsvorm wordt het ingevoerde baggerproces automatisch bijgestuurd bij het overschrijden van drempelwaarden voor de mate van verontreiniging totdat de drempelwaarden niet meer worden overschreden. Hierbij wordt bijvoorbeeld de huidige of een voorziene toekomstige positie van de baggerinrichting aangepast.

In een andere uitvoeringsvorm is het eveneens mogelijk een bediener deels te laten ingrijpen in het baggerproces. Hiertoe omvat de inrichting 3 een grafische gebruikersinterface 42 die gegevens en voorspellingen digitaal visualiseert, bijvoorbeeld voor de bediener van de baggerinrichting. Dit maakt interactie met het systeem mogelijk. De grafische gebruikersinterface 42 maakt het bijvoorbeeld mogelijk de mate van verontreiniging digitaal te visualiseren voor de bediener van de baggerinrichting, op basis waarvan deze het baggerproces kan aanpassen bij (dreigende) overschrijding van één of meerdere drempelwaardes.

De grafische gebruikersinterface 42 omvat meer in het bijzonder een configuratie interface waarin de bediener een keuze kan invoeren betreffende het type toe te passen baggermethode, cyclustijden, netto productietijden, overlooptijden van fijne deeltjes in het water, periodes van stilstand, storttijden, vaarsnelheden, begin- en eindposities van een baggertraject, de positie van stortplaatsen, en geschatte sediment spills. Deze lijst is niet limitatief en kan aangevuld worden met andere relevante invoergrootheden.

De grafische gebruikersinterface 42 omvat verder een visualisatie interface waarin de laatste voorspellingsresultaten, in het bijzonder stroomsnelheden en sedimentgehaltes, worden gevisualiseerd, alsmede de resultaten van de vergelijking met drempelwaardes. Een geschikte grafische gebruikersinterface 42 heeft een sectie voor elke module (31, 32, 33, 34) en is web-gebaseerd zodat de resultaten op afstand kunnen worden bekeken, desgewenst in een afgeschermde omgeving.

Een voorbeeld van een visualisatie interface wordt in figuur 3 voorgesteld. De interface omvat een plattegrond van het te baggeren gebied, dat door randen 50 wordt begrensd. De plattegrond kan bijvoorbeeld een google earth plaatje omvatten. Op de plattegrond wordt het baggertraject 60 weergegeven. Ook weergegeven zijn posities (61,62) in het rekenrooster waar de voorspelde sedimentgehaltes in het water vooraf gestelde drempelwaardes overschrijden, waarbij de kleur van de posities varieert met de mate waarin de overschrijding plaatsvindt. Zo wordt in posities 61 een eerste drempelwaarde overschreden, daar waar in posities 62 een tweede drempelwaarde wordt overschreden die hoger ligt dan de eerste drempelwaarde. In de rest van het gebied vindt in het gegeven voorbeeld geen overschrijding plaats van de eerste drempelwaarde, en dus zeker niet van de tweede drempelwaarde. De drempelwaarden worden bijvoorbeeld gekozen afhankelijk van de kwetsbaarheid van posities in het gebied.

Door een positie (61, 62) aan te wijzen wordt een nieuw scherm van de grafische interface geopend waarop detailinformatie wordt weegegeven betreffende de in de aangewezen positie verkregen resultaten. Een uitvoeringsvorm van dergelijke detailinformatie wordt in figuur 4 getoond.

De wijze waarop de waarschuwingsmodule 34 de informatie met betrekking tot de voorspelling in eenvoudige, concrete resultaten samenbrengt en de mate van verontreiniging op posities in het gebied vergelijkt met een drempelwaarde voor deze posities kan op elke wijze geschieden. Zo kunnen de uitvoergegevens bijvoorbeeld worden weergegeven als gemiddelde waarden, als de mediaan, of een optredende maximumwaarde. In het in figuur 4 getoonde voorbeeld worden een aantal dagelijkse metingen (van dag 1 tot 41) van (de mediaan 73 van) het sedimentgehalte (in mg/1) in de aangewezen positie aangevuld met door de voorspellingsmodule 32 gegenereerde voorspelde waarden voor de dagen 42 tot 48. De stippellijn 71 geeft de vooraf bepaalde drempelwaarden weer voor de aangewezen positie. Voorts geven de lijnen (72a, 72b) het voortschrijdend aantal dagen weer waarop de drempelwaarde door het gemeten sedimentgehalte (lijn 72a) of het voorspelde sedimentgehalte (lijn 72b) werd overschreden. Overschrijding van een drempelwaarde waarbij actie moet worden ondernomen kan bijvoorbeeld worden gedefinieerd door het drempelniveau te leggen op een mediaan sedimentgehalte van 8 mg/1 of een overschrijding van de dagelijkse drempelwaarde gedurende 20 dagen (lijn 74). Het zal duidelijk zijn dat andere criteria eveneens kunnen worden toegepast, afhankelijk van de specifieke omstandigheden en ter plaatse gestelde eisen.

Claims

Conclusies

1. Werkwijze voor het met behulp van een baggerinrichting baggeren van een onderwaterbodem in een gebied, omvattende de volgende onder controle van een computer via een digitaal netwerk verlopende stappen van: a) het bepalen van de huidige posities van de baggerinrichting en van een verontreinigingsbron in het gebied; b) het in een hydrodynamisch model van het gebied invoeren van invoergegevens betreffende het gebied; c) het met behulp van het hydrodynamisch model bepalen van de mate van verontreiniging op posities in het gebied als gevolg van verspreiding van de verontreiniging vanaf de bron; d) het vergelijken van de mate van verontreiniging op posities in het gebied met een drempelwaarde voor deze posities; en e) het eventueel aanpassen van het baggerproces indien de mate van verontreiniging de drempelwaarde overschrijdt.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de huidige of een voorziene toekomstige positie van de baggerinrichting wordt aangepast.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de invoergegevens statische invoergegevens omvatten die gedurende het baggeren niet noemenswaardig veranderen, en die tenminste een geologisch model van de te baggeren bodem betreffen.
4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de statische invoergegevens een bathymétrie omvatten van de bodem, bodemeigenschappen en/of de in het hydrodynamisch model toegepaste calibratieconstanten.
5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de invoergegevens dynamische invoergegevens omvatten die gedurende het baggeren veranderen, en die gegevens omvatten betreffende getijdenstromingen, wind- en golfvelden, en/of de opbrengst van de verontreinigingsbron.
6. Werkwijze volgens conclusie met net kenmerk dat net gebied wordt begrensd door randen en de gegevens betreffende getijdenstromingen tijdreeksen omvatten van waterstanden aan de randen.
7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk dat de gegevens betreffende wind- en golfvelden tijdreeksen omvatten van windsnelheidsvectoren, respectievelijk van golfhoogtes, periodes en richtingen voor posities in het gebied.
8. Werkwijze volgens conclusie 5,6 of 7, met het kenmerk dat de gegevens betreffende de opbrengst van de verontreinigingsbron de per tijdseenheid voortgebrachte hoeveelheid verontreiniging omvatten.
9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verontreinigingsbron de baggerinrichting betreft.
10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de opbrengst van de verontreinigingsbron de per tijdseenheid door de baggerinrichting in het gebied gebrachte hoeveelheid bodemmateriaal omvat.
11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de mate van verontreiniging op posities in het gebied wordt bepaald door een sedimenttransport model.
12. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de mate van verontreiniging het gehalte aan fijne deeltjes betreft in het water, zoals gemeten door middel van de troebelheid (turbiditeit in NTU).
13. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het baggerproces wordt aangepast indien de mate van verontreiniging een drempelwaarde overschrijdt gedurende een aantal dagen.
14. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de mate van verontreiniging digitaal wordt gevisualiseerd voor de bediener van de baggerinrichting.
15. Computerprogramma dat programma-instructies bevat voor het door een computer uit laten voeren van een werkwijze volgens één der voorgaande conclusies.
16. Computerprogramma volgens conclusie 12, met het kenmerk dat het computerprogramma is aangebracht op een fysieke drager.
17. Computerprogramma volgens conclusie 12, met het kenmerk dat het computerprogramma tenminste gedeeltelijk is opgeslagen in een computergeheugen.
18. Computer ingericht voor het uitvoeren van een computerprogramma volgens één der conclusies 15-17.