Berlamont, J.

Monbaliu, J.

Toorman, E.

Open Marine Archive


 38 
MODELLEREN VAN STROMINGEN EN GOLVEN LANGS DE VLAAMSE KUST 
 
Jaak Monbaliu, Erik Toorman en Jean Berlamont 
 
Katholieke Universiteit Leuven, Departement Burgerlijke Bouwkunde, Laboratorium voor Hydraulica, 
Kasteelpark Arenberg 40, B-3001 Heverlee 
 
Inleiding 
 
Onze Vlaamse kustzone wordt gekenmerkt door de bijna unieke aanwezigheid van talrijke 
zandbanken, mooie zandstranden en dito duinen. Het getij is met 4 tot 5 m aanzienlijk. 
Stormopzet is niet te onderschatten, en de stromingen zijn sterk en complex. Golven kunnen 
aanzienlijke schade berokkenen. De scheepvaart is door de aanwezigheid van routes naar 
een aantal belangrijke havens, op zijn minst druk te noemen. 
 
Om tot een beleid te komen om de rijkdom van onze kust en onze zee duurzaam te beheren 
en te exploiteren, is kennis onontbeerlijk. Kennis van het getij en stormopzet, van stromingen 
en van golven zijn daar één doch een essentieel onderdeel van. De ontwerpwaarde van het 
kruinniveau van onze dijken wordt bepaald door in te schatten hoe hoog het water wel kan 
komen ten gevolge van getij, stormopzet en golven. Sedimenten, maar ook polluenten 
worden meegevoerd met de stromingen. Afslag van strand of duin door golven bij storm kan 
verstrekkende gevolgen hebben. Het manoeuvreren van een schip op zee of bij het 
binnenvaren van een haven is afhankelijk van de stroming en de golfwerking. Activiteiten 
binnen een haven worden beschermd door een ‘golf’breker.  
 
Zonder metingen van getij, stormopzet, stromingen en golven weten we weinig of niets. Maar 
we kunnen niet overal en altijd meten. We kunnen ook nu niet meten wat straks zal komen. 
Daartoe hebben we modellen nodig, hetzij fysische, hetzij wiskundige modellen, elk met zijn 
eigen kwaliteiten maar ook beperkingen. Wijzelf gaan ons hier beperken tot een beperkt 
aantal wiskundige modellen voor stromingen en golven.  
 
Dagelijks gebruik van numerieke modellen van stromingen en golven langs de 
Vlaamse kust 
 
Numerieke modellen worden veelvuldig gebruikt. Het WLH [afdeling Waterbouwkundig 
Laboratorium en Hydrologisch Onderzoek van AWZ (afdeling Waterwegen en Zeewezen, 
Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap)] beschikt over tal van softwarepakketten om hen te 
helpen in het beheren en plannen van infrastructuurwerken aan de kust. Het zoeken naar een 
optimale lay-out van bijvoorbeeld de nieuwe havendam van Oostende is in een belangrijke 
mate gebaseerd op de interpretatie van de resultaten afkomstig van golf- en stromings-
berekeningen.  
 
Door AWZ werd onlangs het Oceanografisch Meteorologisch Station officieel ingehuldigd. 
Het OMS wordt beheerd en geëxploiteerd door de afdeling Waterwegen Kust, dat beroep 
doet op het KMI voor de opmaak van weerberichten voor de scheepvaart en voor werken 
langs de kust en op zee. Dagelijks worden specifieke hydrometeoberichten met 
verwachtingen van wind, getij, en golfhoogtes voor windzee en deining opgesteld. De 
wiskundige modellen die daarbij worden gebruikt voor de voorspelling van golven en 
stromingen, steunen in belangrijke mate op onderzoekswerk verricht aan de BMM 
 39 
(Beheerseenheid Mathematisch Model Noordzee en Schelde-estuarium) en het Laboratorium 
voor Hydraulica van de KU Leuven. 
 
Onderzoek aan de KU Leuven 
 
In de mariene en estuariene sector heeft het Laboratorium voor Hydraulica van de KU Leuven 
vooral expertise opgebouwd op het gebied van sedimentmechanica en hydrodynamica van 
stromingen en golven. Het onderzoek gebeurt zowel in een Vlaamse, als in een nationale en 
internationale context. Er is dan ook een voortdurende terugkoppeling tussen onderzoek dat 
met Vlaamse (of nationale) overheidsmiddelen wordt gefinancierd en onderzoek dat met 
externe middelen zoals privé-bedrijven of EU wordt gefinancierd. Vele onderzoekers stromen 
ook door naar privé-bedrijven of de overheid. 
 
Voorbeelden van onderzoek in de internationale context, zijn de deelnames aan EU MAST 
(Marine Science & Technology) projecten zoals MaxWave, COSINUS (Prediction of COhesive 
Sediment transport and bed morpho-dynamics in estuaries and coastal zones with Integrated 
NUmerical Simulation models), G6M & G8M Coastal Morphodynamics, PROMISE (PRe-
Operational Modelling In the Seas of Europe), MMARIE (application of high performance 
computing techniques for the Modelling of MARIne Ecosystems), NOWESP (North-West 
European Shelf Program), en CENAS (Study on the Coastline Evolution of the Eastern Po 
plain due to sea level change caused by climate variation and to Natural and Antropogenic 
Subsidence).  
 
Vanuit Vlaanderen komt financiering vooral vanuit AWZ (afdeling Waterwegen en Zeewezen), 
het IWT (Instituut voor de aanmoediging van Innovatie door Wetenschap en Technologie in 
Vlaanderen) en het FWO (Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek). Maar ook privé-
bedrijven investeren regelmatig in praktijkgericht onderzoek. 
 
De opdrachten gefinancierd door AWZ zijn hoofdzakelijk toepassings- en 
beleidsondersteunend gericht. De calibratie van OMNECS [Operationeel Model van het 
Noordwest-Europese Continentale Plat (1995-1998)], was een onderdeel van het hierboven 
aangehaalde operationeel model voor de voorspelling van stormopzet en getij aan onze kust. 
Bij het ‘Verkennend onderzoek ter bepaling van het golfklimaat (2000)’ werd gebruik 
gemaakt van het aan de TU Delft ontwikkelde SWAN (Simulating WAves Nearshore)-model. 
Bij deze opdracht werd nagegaan of het mogelijk is ‘numerieke’ golfboeien te maken. 
Uitgaande van gemeten directionele golfspectra op locatie Westhinder, werden golfspectra 
op locatie Bol van Heist gesimuleerd en vergeleken met de daar gemeten golfspectra. Door 
te kiezen voor een spectraal golfmodel zoals SWAN voor de transformatie van golven naar 
de kust, kan men de karakteristieken van het volledige golvenspectrum bewaren. Dit moet in 
principe toelaten om op elk rekenpunt van het model een ‘numerieke directionele golfboei’ te 
hebben. Door statistische verwerking van de simulaties over een lange periode, kan men dan 
een golfklimaat opstellen voor elk punt. 
 
Momenteel (2001-2002) wordt voor het WLH gewerkt aan de implementatie en calibratie 
van een stromingsmodel en een spectraal golfmodel van de derde generatie (de uitgebreide 
PROMISE versie van het WAM-model) voor de Noordzee. Deze opdracht wordt uitgevoerd in 
samenwerking met de BMM (verantwoordelijk voor het stromingsmodel). De implementatie 
van zowel het stromingsmodel als het golfmodel voor het volledige gebied van de Noordzee 
is noodzakelijk om zo goed mogelijke randvoorwaarden te creëren voor de gedetaillleerde 
 40 
kuststrookmodellen die in gebruik zijn bij het WLH. Deze kuststrookmodellen worden o.a. 
gebruikt in het kader van het Veiligheidsniveau Vlaanderen Kustverdediging. 
 
Alhoewel golven mede verantwoordelijk zijn voor het in suspensie brengen van sedimenten, 
zijn het vooral de stromingen die voor het transport zorgen. Gedetailleerde modellering van 
stromingen is dan ook een vereiste om balansen van sediment transport te berekenen. Deze 
berekende stromingen vormen ook de basis voor de interpretatie van metingen, zij het in situ-
metingen over langere periodes op één locatie, zij het synoptische metingen op één ogenblik 
via technieken van aardobservatie. Een voorbeeld hiervan is een studie van het dynamisch 
gedrag van zwevend transport uitgevoerd door Eurosense. Stromingsbeelden met een 
resolutie van 300 m werden berekend voor de volledige kustzone met een verdere verfijning 
(75 m resolutie) rond de haven van Zeebrugge. 
 
Reeds 20 jaar worden aan het Laboratorium voor Hydraulica van de KU Leuven studies 
uitgevoerd betreffende de problematiek van aanslibbing van havens en toegangsgeulen en 
de daaraan verbonden problemen van het verwijderen en stockeren van de baggerspecie. Bij 
de bouw van de Vandamme zeesluis te Zeebrugge werd door het laboratorium in opdracht 
van SBBM (nu BESIX) en met co-financiering van het IWONL (thans IWT) uitvoerig onderzoek 
verricht naar de mogelijke aanslibbing ter plaatse van de zeewaartse deur en de eventuele 
verwijdering van eerder bezonken slib. Eenmaal slib voldoende geconsolideerd is kan het niet 
meer door de ebstroom of door spuien verwijderd worden. Dit onderzoek gaf later aanleiding 
tot studies ivm de aanslibbing onder de Flandria terminal te Antwerpen, de aanslibbing van 
de toegangsgeul van de Berendrecht sluis, versnelde consolidatie van baggerslib in 
onderwatercellen en op het land (voor IMDC) en de aanslibbing van de geul waarin de 
tunnelelementen van de Liefkenshoektunnel geplaatst werden.  
 
Het laboratorium beschikt over alle apparatuur voor de karakterisering van het fysisch gedrag 
van slib, in het bijzonder een aantal consolidatiekolommen, een gamma-densimeter en een 
erosiegoot waarin de kritische schuifspanning voor erosie van slib kan bepaald worden. Dit is 
een essentiële inputparameter voor numerieke modellen ivm sedimenttransport en 
morfologische modellen (bv. voor de Schelde in opdracht van IMDC). 
 
Het fundamenteel onderzoek naar het gedrag van slib werd ook gefinancierd door het FWO. 
Van 1988 tot 2001 was dat in de vorm van een doctoraats- en post-doctoraatsbeurs. 
Verschillende aspecten kwamen aan bod. De laatste jaren werd de meeste aandacht gericht 
op de correcte modellering van sedimentfluxen in stromingen, waarbij in het bijzonder de 
interactie van turbulentie met zwevende deeltjes werd bestudeerd. De modulatie van 
turbulentie in suspensies heeft belangrijke gevolgen voor het energiebudget, de 
bodemschuifspanning en bijgevolg de uitwisseling (erosie en bezinking) van sediment met de 
bodem. Dit alles heeft belangrijke implicaties voor de studie van de morfodynamica van onze 
kust en estuaria.  
 
Deze kennis wordt dan ook benut bij andere projecten, zoals het bestuderen van de erosie- 
en sedimentatieprocessen in het kader van MONAY (Monitoring Natuurherstel IJzermonding; 
opdrachtgever AMINAL, coördinator Laboratorium Plantkunde van de RUG). Ook heeft de 
uitgebreide ervaring met slib het laboratorium toegelaten een leidende rol te spelen in de EU 
projecten G6M en COSINUS. 
 
Bij het project ‘Hydrodynamica en sedimenttransport – fundamentele aspecten’ (2001-2004) 
zijn naast het Laboratorium voor Hydraulica van de KU Leuven (promotor), ook het 
 41 
Laboratorium voor Hydraulica van de RUG en het WLH betrokken. Het is de bedoeling om 
de invloed van stromingen en golven op sedimenttransport (in casu zand) in detail te 
bestuderen en dit op verschillende lengte- en tijdschalen. Daarbij zullen zowel numerieke als 
fysische experimenten uitgevoerd worden. Op de allerkleinste schaal wordt gekeken hoe in 
één verticale, stromingsparameters (het gemiddelde snelheidsprofiel en de 
turbulentiekarakteristieken) over één golfcyclus veranderen bij verschillende combinaties van 
stromingen en golven. Op de allergrootste schaal zal een gekoppeld golf-stromingsmodel 
gebruikt worden om een sedimenttransportmodel aan te drijven voor het gebied van de 
Vlaamse Banken. Bepalen hoe de processen van één punt en één golfcyclus geïntegreerd 
worden naar een gebied van honderden km2 en tijdschalen van enkele dagen, is een grote 
uitdaging. De investeringen in de golfgoot door het WLH door vernieuwing van de sturing 
van het golfschot en het toelaten van stromingen (tegen en met de golven), en de FWO-
financiering voor de aankoop van moderne meettoestellen voor het meten van snelheden en 
concentraties, zullen daarbij een belangrijke rol spelen. Maar ook de jarenlange ervaring en 
knowhow opgedaan bij de gedetailleerde modellering van sedimentfluxen in stromingen, zal 
hier van pas komen. 
 
In het FWO-project ‘Numerieke modellering en experimentele validatie van golfinteractie met 
ondoordringbare zeeweringen’ geleid door de Afdeling Weg- & Waterbouwkunde van de 
RUG, zal o.a. in  detail nagegaan worden hoe men uit informatie van het golfspectrum kan 
overgaan naar de ogenblikkelijke waterstandsverheffing. Dit onderzoeksproject start in 2002 
en loopt tot 2005. Golfgroepering, interactie stroming en golven, en de combinatie van 
windzee en deining, spelen hier een belangrijke rol. Voor dit project zal in belangrijke mate 
beroep gedaan worden op de knowhow binnen het EU-project MaxWave. Het MaxWave 
project is op zoek naar methodes om de mechanismen waarbij deze ‘uitzonderlijke’ golven 
voorkomen beter te begrijpen en zodoende ook te kunnen waarschuwen wanneer de 
verschillende factoren wijzen op een hoge kans van voorkomen.  
Conclusies en aanbevelingen naar beleidsondersteunend onderzoek 
 
Onderzoek, zoals het hierboven aangehaald onderzoek op het gebied van stromingen en 
golven, kan en mag niet geïsoleerd gebeuren. Internationale confrontatie van ideeën en 
samenwerking is noodzakelijk om onderzoek van hoog niveau te verzekeren. Terugkoppeling 
naar Vlaanderen is belangrijk. Verbeterd inzicht in  een duurzaam beheer van onze zee en 
onze kust, moet ook hier zijn toepassing vinden. Terugkoppeling betekent echter ook dat 
Vlaanderen iets te bieden heeft en daarom moet Vlaanderen voldoende investeren in 
onderzoek en opleiding. Het ondersteunen van verschillende onderzoeksgroepen in 
multidisciplinaire Vlaamse onderzoeksprojecten in een geest van wetenschappelijke 
openheid, is een noodzakelijke voorwaarde om in return goede beleidsondersteuning 
mogelijk te maken. 
 
Referenties 
 
Berlamont J.E. and E.A. Toorman (Eds). 2000. COSINUS Final Scientific Report, Hydraulics 
Laboratory, KU Leuven. 
De Putter B., P. De Wolf, C.S. Yu, R. Houthuys, J. Van Sieleghem, and D. Fransaer. 1996. 
Suspended sediment concentrations along the Belgian coast under storm conditions 
and over an M2 tidal cycle. 
Defevere W., L. Ronco, and J. Monbaliu. 2000. Verkennend onderzoek ter bepaling van het 
golfklimaat – eindverslag. Studie in opdracht van Afdeling Waterwegen Kust. 
 42 
Ozer J., R. Padilla-Hernandez, J. Monbaliu, E. Alvarez Fanjul, J.C. Carretero Albiach, P. 
Osuna, C.S. Yu, and J. Wolf. 2000. A coupling module for tides, surges and waves. 
Coastal Engineering 41:95-124. 
Monbaliu J., R. Padilla-Hernandez, J.C. Hargreaves, J.C.C. Albiach, W. Luo, M. Sclavo, and 
H. Günther. 2000. The spectral wave model, WAM, adapted for applications with 
high spatial resolution. Coastal Engineering 41:41-62. 
Yu C.S. 1993. Modelling shelf sea dynamics. Ph.D. thesis Civil Engineering Department KU 
Leuven. 183p. + app. 
 
 


Modelleren van stromingen en golven langs de Vlaamse kust

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Open Marine Archive