NL8902592A - Sonde voor het bepalen van een slibdichtheidsprofiel. - Google Patents

Description

Sonde voor het bepalen van een slibdichtheidsprofiel.

De uitvinding heeft betrekking op een sonde voor het bepalen van het dichtheidsprofiel van een water, in het bijzonder van een slib houdend vaarwater, die middelen bevat voor het bepalen van de dichtheid van het water en de diepte van de sonde in het water.

Een dergelijke sonde is bestemd voor het bepalen van de zogeheten nautische diepte van een vaarwater. Onder de nautische diepte van een vaarwater verstaat men de maximale diepte van dat vaarwater die voor navigatiedoeleinden nog veilig te accepteren is. In deze voor de scheepvaart vereiste waterdiepte mag ook het bovenste deel van een eventueel aanwezige laag gesedimenteerd slib houdend water betrokken zijn. In slib houdend water bevindt het slib in de hogere waterniveaus zich doorgaans in suspensie, terwijl in de onderste waterlagen het slib zich in een zogeheten gesedimenteerde toestand kan bevinden. Men spreekt in dat laatste geval van gesedimenteerd slib. Voor het bepalen van de nautische diepte is derhalve informatie over de verticale opbouw van een eventueel aanwezige laag gesedimenteerd slib vereist. In de praktijk wordt als bepalende parameter voor de bepaling van de nautische diepte de dichtheid van het slib houdend water gehanteerd. Deze dichtheid nu kan met een sonde waarop de uitvinding betrekking heeft worden bepaald.

Dergelijke sondes zijn bekend, bekende sondes worden bijvoorbeeld beschreven door P.Kerckaert, D.Vandenbossche, B.Malherbe, M.Druys en K.van Craenenbroeck in "Maintenance dredging at the Port of Zeebrugge: Procedures to achieve an operational determination of the nautical bottom" in de Proc. 9th KVIV Harbour Congress, Antwerp, June 20-24th, 1988.

De aldaar beschreven sondes zijn in beginsel combinaties van een drukopnemer voor de bepaling van de hoogte van het waterniveau boven de sonde (de diepte) en een radioactieve bron voor de bepaling van de slibdichtheid. De slibdichtheid wordt dan afgeleid uit het niveau van de in transmissie of in achterwaartse verstrooiïngsrichting aan de slibdeeltjes verstrooide straling. Voor deze afleiding is vereist dat de gebruikte sonde is geijkt in slib van bekende samenstelling (over eenkomend met die van het slib op de meetlokatie) en dichtheid. De ijking van de met een radioactieve bron uitgeruste sondes moet periodiek worden gecontroleerd. Factoren die een ijking kunnen verstoren zijn de mineralogische samenstelling van het slib en verontreinigingen van het slib met zware metalen, organische stoffen of gas.

Naast het fundamentele bezwaar dat met de bekende radioactieve sondes slechts op indirecte wijze informatie over de slibdichtheid van een vaarwater kan worden verkregen, kleven aan het gebruik van deze sondes ook praktische bezwaren, deels inherent aan het werken met radioactiviteit. De bekende sondes zijn duur in aanschaf en in gebruik, het werken ermee vereist bijzondere voorzieningen en vergunningen en het vervoer ervan per vliegtuig is doorgaans niet toegestaan. Deze praktische bezwaren doen zich met name voelen wanneer ter voorbereiding op baggerwerkzaamheden in bijvoorbeeld Afrikaanse of Aziatische havens ter plaatse slibdichtheden moeten worden bepaald.

De uitvinding heeft tot doel een sonde te verschaffen waaraan bovengenoemde bezwaren niet zijn verbonden.

De uitvinding voorziet hiertoe in een sonde, die middelen bevat voor het bepalen van de dichtheid en de diepte van het water, waarbij de middelen voor het bepalen van de dichtheid bestaan uit tenminste een drukopnemer. Met een sonde volgens de uitvinding kan de dichtheid ƒcz) van het slib houdende water op een diepte z direct worden afgeleid uit de relatie

(1), waarin p(z) de gemeten druk op een waterdiepte z is en g de versnelling van de zwaartekracht. De drukopnemer is zodanig in de sonde aangebracht dat deze in direct contact met het slib houdende water staat. De diepte z kan op overigens bekende wijze met behulp van een tweede drukopnemer eveneens uit relatie (1) worden afgeleid. Hierbij is de tweede drukopnemer zodanig in de sonde aangebracht en is de sonde zodanig geconstrueerd dat de tweede drukopnemer in direct contact is met schoon water, althans water dat geen gesedimenteerd slib bevat, en bevat ook de waterkolom recht boven de tweede drukopnemer geen gesedimenteerd slib.

In een voorkeursuitvoering van een sonde volgens de uitvinding is de drukopnemer voor het bepalen van de slibdichtheid een zogeheten verschildruk-opnemer. De verschildruk-opnemer is zodanig in de sonde aangebracht en de sonde is zodanig geconstrueerd dat bij gebruik onder normale bedrijfsomstandigheden een van de zijden van de drukopnemer in direct contact is met het slib houdend water aan de buitenzijde van de sonde, en de andere zijde van de drukopnemer in direct contact is met schoon water, althans water dat geen gesedimenteerd slib bevat, aan de binnenzijde van de sonde, welk schoon water deel uitmaakt van een hydrostatische kolom van schoon water, die zich uitstrekt vanaf de verschildruk-opnemer tot aan de oppervlakte van het water waarin wordt gemeten. De dichtheid ƒ(z) van het slib houdende water op een diepte z wordt bij gebruik van een sonde volgens deze voorkeursuitvoering gegeven door

(2) waarin ƒ w de dichtheid is van het water aan de oppervlakte, zonder gesedimenteerd slib (afhankelijk van het gehalte aan zout en slib in suspensie ter plaatse), g de versnelling van de zwaartekracht is en v(z) de gemeten verschildruk tussen wel en niet slib houdend water op een diepte z is. Het voordeel van de toepassing van een verschildruk-opnemer vergeleken met een drukopnemer die de absolute druk registreert is gelegen in de nauwkeurigheid van de meting. Zoals uit vergelijking (21 valt af te leiden resulteert een eventuele systematische fout van een verschildruk-opnemer slechts in een fout in de tweede (kleinste.) term van het rechter lid.

In een uitvoeringsvoorbeeld van een sonde volgens de uitvinding bestaat deze uit een eenzijdig, aan de onderzijde gesloten buisvormige houder, waarbij de middelen voor het bepalen van de diepte van de sonde aan de binnenzijde van de houder zijn aangebracht en de drukopnemer zodanig is aangebracht dat deze in open verbinding staat met de omgeving buiten de houder, dan wel, indien de drukopnemer een verschildruk-opnemer is, deze zodanig is aangebracht dat deze met één gevoelige zijde in open verbinding staat met de omgeving buiten de houder, en met een andere drukgevoelige zijde in open verbinding staat met de ruimte binnen de houder. De lengte van de houder dient zodanig gekozen te zijn dat de afstand tussen de daarin geplaatste drukopnemer en de bovenzijde groter is dan de dikte van het te bemeten gedeelte van de sliblaag. (In de praktijk wordt als nautische diepte het niveau gehanteerd waarbij een sliblaag een dichtheid heeft van ca. 1200 kg/m3. In de dichtheid onder dat niveau is men voor de bepaling van de doorgangsmogelijkheden voor de scheepvaart doorgaans niet geïnteresseerd.)

In een volgend uitvoeringsvoorbeeld is de drukopnemer in de onderzijde van de houder opgenomen. De minimaal benodigde lengte van de houder wordt in dit voorbeeld zo beperkt mogelijk gehouden.

' Het laatste uitvoeringsvoorbeeld kan nog worden uitgebreid, wan neer de houder aan de onderzijde is voorzien van middelen ter bescherming van de drukopnemer.

Deze middelen kunnen bestaan uit in het verlengde van de houder uitstekende pennen of stroken of uit een om de drukopnemer geplaatste kooi. Door toepassing van deze middelen verkleint men de kans op beschadiging van het gevoelige deel van de drukopnemer, een membraan, er. verhoogt men daarmee de levensduur van de sonde.

In weer een volgend uitvoeringsvoorbeeld van een buisvormige sonde volgens de uitvinding is deze voorzien van geheel of in hoofdzaak in langsrichting gerichte vinnen. Deze vinnen zorgen ervoor dat de sonde bij tewaterlating en het laten vieren van de kabels waaraan deze is opgehangen, rechtstandig naar beneden zakt.

De (gewenste) verticale stand van de buisvormige sonde tijdens de metingen kan verder nog worden bevorderd, door de sonde aan de onderzijde te voorzien van een verzwarende constructie.

De stand van de buisvormige sonde kan worden gecontroleerd, en de meetresultaten vervolgens bij een niet geheel verticale stand worden gecorrigeerd, wanneer de sonde is voorzien van een helling-opnemer.

Om te bevorderen dat de drukopnemer werkelijk in contact komt met het op diepte z voorkomende gesedimenteerde slib, kan de sonde volgens de uitvinding worden voorzien van een elektrisch, pneumatische of anderszins aangedreven kloppend of trillend mechanisme.

Met een sonde volgens de uitvinding beschikt men over een eenvoudig, goedkoop, bedrijfszeker en gemakkelijk te transporteren er, vanaf kleine schepen gemakkelijk te hanteren instrument, dat directe, d.w.z. ijkings-onafhankelijke informatie over de dichtheid van de water-slibsamenstelling als functie van de diepte levert.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Fig. 1 geeft een uitvoeringsvoorbeeld van een sonde volgens de uitvinding in langsdoorsnede.

Fig.1 toont een sonde die bestaat uit een buisvormige houder (1), die aan de open bovenzijde (2) met een ophangbeugel (3) aan een ophang-kabel (4) is opgehangen, en die aan de onderzijde (5) door een ver-schildruk-opnemer (6) is afgesloten. De verschiIdruk-opnemer (6) en de onderkant (5) van de houder zijn voorzien van een samenwerkende schroefdraad (7). De houder (1) is aan de onderzijde (5) voorts aan de binnenzijde voorzien van een verzwarende constructie (8) en aan de buitenzijde van beschermende pennen (9). De houder bevat voorts nog een absolute-drukopnemer (10) voor het verrichten van diepte-metingen, een heiling-opnemer (11) en kabels (12) voor de beide drukopnemers (6) en (10) en de heiling-opnemer (11). Aan de buitenzijde is de houder voorzien van in langsrichting geplaatste vinnen (13).

Onder normale gebruiksomstandigheden (toepassing in vaarwater) wordt de sonde vanaf een meetschip neergelaten, waarbij wordt gezorgd dat de houder via de open bovenzijde (2) wordt gevuld met schoon op-pervlakte-water, althans water dat vrij is van gesedimenteerd slib, alvorens men de sonde langzaam aan de ophangkabel (4) laat zakken. De verzwarende constructie (8) en de vinnen (13) zorgen ervoor dat de sonde rechtstandig zakt. Zolang de onderkant (5) nog geen slib houdende waterlaag heeft bereikt, levert verschiIdruk-opnemer (6) een waarde nul op. Absolute-drukopnemer (10) geeft een waarde recht evenredig aan de hydrostatische druk die de kolom tussen opnemer (10) en het wateroppervlak op de opnemer (10) uitoefent, en daarmee een waarde recht evenredig aan de diepte z. Zodra verschiIdruk-opnemer (6) in contact komt met slib houdend water levert deze een signaal ongelijk nul af. Het naar de diepte z gedifferentieerde signaal van verschiIdruk-opnemer (6) is evenredig met de additionele dichtheid van het met gesedimenteerd slib vermengde water (additioneel t.o.v. de dichtheid van het - eventueel met slib in suspensie vermengde - 'schone’ water). Zolang aan de eis blijft voldaan dat de bovenkant (2) van de houder (1) niet onder het niveau van de waterlaag met gesuspendeerd slib zakt blijft de hou der gevuld met schoon water, althans water dat geen gesedimenteerd slib bevat en blijven de opnemers (10) en (6) signalen leveren die een maat zijn voor respectievelijk de diepte z en de additionele dichtheid van het slib op een diepte z, gegeven door

(Hierbij is er gemakshalve van uitgegaan dat de beide opnemers (10) en (6) zich op eenzelfde niveau bevinden. In praktische situaties kan bij ) de verwerking van de meetresultaten op eenvoudige wijze voor een eventueel hoogte-verschil worden gecorrigeerd.)

Claims (10)

1. Sonde voor het bepalen van het dichtheidsprofiel van een water, in het bijzonder van een slib houdend vaarwater, die middelen bevat voor het bepalen van de dichtheid van het water en de diepte van de sonde in het water, met het kenmerk, dat de middelen voor het bepalen van de dichtheid bestaan uit tenminste een drukopnemer.

2. Sonde volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de drukopnemer een zogeheten verschildruk-opnemer is.

3. Sonde volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat deze bestaat uit een eenzijdig, aan de onderzijde gesloten buisvormige houder, waarbij de middelen voor het bepalen van de diepte van de sonde aan de binnenzijde van de houder zijn aangebracht en de drukopnemer zodanig is aangebracht dat deze in open verbinding staat met de omgeving buiten de houder, dan wel, indien de drukopnemer een verschildruk-opnemer is, deze zodanig is aangebracht dat deze met één gevoelige zijde in open verbinding staat met de omgeving buiten de houder, en met een andere drukgevoelige zijde in open verbinding staat met de ruimte binnen de houder.

4. Sonde volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de drukopnemer in de onderzijde van de houder i.s opgenomen.

5. Sonde volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de houder aan de onderzijde is voorzien van middelen ter bescherming van de drukopnemer.

6. Sonde volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat deze middelen bestaan uit in het verlengde van de houder uitstekende pennen of stroken of uit een om de drukopnemer geplaatste kooi.

7. Sonde volgens een der conclusies 3 t/m 6, met het kenmerk, dat de houder is voorzien van geheel of in hoofdzaak in langsrichting gerichte vinnen.

8. Sonde volgens een der conclusies 3 t/m 7, met het kenmerk, dat deze aan de onderzijde is voorzien van een verzwa rende constructie.

9. Sonde volgens een der conclusies 3 t/m 8, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een helling-opnemer.

10. Sonde volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een elektrisch, pneumatische of anderszins aangedreven kloppend of trillend mechanisme.