Trykudligningsmoduler

Transkript

1 Trykudligningsoduler - skaber brede ligevægtsprofiler Man ser eget tydeligt høfdevirkningen ud for rækken af trykudligningsoduler ved Gl. Skagen. (Foto: Poul Jakobsen 1999) Af ingeniørerne Poul Jakobsen og Claus Brøgger, SIC Skagen Innovation Center I forbindelse ed SIC-projektet elle Hvide Sande og Nyindegab er der foretaget trykålinger i stranden for at dokuentere funktionen af trykudligningsodulerne, so er lodrette drænoduler. For at forstå åleopstillingen beskrives hér kort de fysiske betingelser i en sandstrand. Sandstranden Ferskvandet inde i baglandet står noralt over havet og afstrøer under klitterne og forstranden ud til havet og strøer ud i en ca. 1 eter bred zone uden for kystlinien. Fra havet står der en saltvandskile ind under land, idet saltvand har større vægtfylde end ferskvand. Der er nogle eget siple naturlove på orådet, hvor Ghyben Herzbergs lov siger, at for hver eter, so grundvandet står over havet, er der 4 eter ned til saltvandet. Det vil sige, at hvis ferskvandet står 5 over havet, er der 2 eter ned til saltvandet. Dette gælder iidlertid ikke ude ved kystlinien, hvor den aerikanske professor D.K. Todd saen ed en lang række andre siger følgende o udstrøningszonen X: X=q/2 * (Ps-Pf)*K, hvor q = Ferskvandsflow pr. eter Ps = Densitet af saltvand Pf = Densitet af ferskvand K = Hydraulisk ledningsevne I forbindelse ed åling af trykgradienten på ferskvandstrykket ved Gl. Skagen blev der nedsat ålefiltre for hver 1 eter fra kystlinien og ind genne klitterne. Uiddelbart efter, at disse filtre blev placeret, fandt et større kysttillæg ud for rækken af filtre sted, og høfden har efterfølgende ligget passiv inde på stranden under norale vejrforhold siden Dette er løbende dokuenteret ed fotos (se disse). Klit Forstrand Udstrøningszone Vertikalt filter Udstrøning af ferskvand Saltvandstunge Skeatisk fi gur af en strands opbygning. (Grafi k: UVH odifi ceret efter Poul Jacobsen) 1 GeologiskNyt 1/7

2 Et eksepel fra Malaysias østkyst, Teluk Chepedak Strandprofi l fra Malaysia. Man ser eget tydeligt de iperable lag (sla) i stranden so sorte striber. Udsnit: ca. 75 c gange 1, eter (Foto: Poul Jakobsen) Billedet staer fra Teluk Chepedak i Malaysia. De store vandængder på stranden viser, at der er tale o ipereable lag. (Foto: Poul Jakobsen) Malaysia. Efter at vandet er bortledt fra orådet, ser an et tyndt lag sla, so skaber det ipereable lag i stranden. Orådet er ca. 3 x 15. (Foto: Poul Jakobsen) To eksepler fra Vestkysten, Hvide Sande og Gl. Skagen Sae tynde lag fi ndes på den jyske vestkyst, en vurderes til at bestå af lerpartikler eller tungsand, der ligger elle sandskornene. Udsnit: 75 x 1 c. (Foto: Poul Jakobsen) Trykudligning af stranden skaber sandhøfder ud for rækkerne af rør ved Gl. Skagen. (Foto: Poul Jakobsen) Trykudligningsoduler indtegnet på hævet havbund ved Gl. Skagen. Modulerne er 175 c lange og 6 c i diaeter. (Foto: Poul Jakobsen) Lagene i stranden Trykudligningsodulerne er reelt lodrette dræn, so skaber forbindelse elle lag ed forskellig hydraulisk ledningsevne i stranden. Disse lag kan også være eget tynde lag elle sandskornene og bestå af ler partikler, huuspartikler eller tungsand, so ligger elle sandkornene og danner ipereable lag, so øger grundvandstrykket i stranden. Disse eget tynde lag finder an over hele verden i strandene. Billeder ovenfor viser eksepler fra de faktiske forhold i Malaysia og eksepler fra den jyske vestkyst. Tryksonderne For at dokuentere funktionen af SIC-sy- GeologiskNyt 1/7 11

3 Tungsand på stranden på Vestkysten Næsten ipereabelt lag af tungsand Det ipereable lag ligger ikke vandret, en har en faldende tendens ud od havet, og vandtrykket er derfor stigende under det ipereable lag ud od havet. Udsnit ca. 5 x 8 (Foto: Poul Jakobsen) Vi ser ligeledes det sorte iperable lag her nord for Søndervig, hvor der også er stor erosion i klitterne efter storene i januar 27. (Foto: Poul Jakobsen) Forstrand Trykforøgelse Figuren til venstre viser skeatisk den trykforøgelse, der fi nder sted ud od havet. (Grafi k: UVH efter forlæg af Poul Jakobsen Hvide Sande og Søndervig ser vi helt tydeligt tørvelagene, so er saenpressede plantedele i stranden. Det er ferskvand, der er frosset til is, so ligger oven på tørvelaget. (Foto: Poul Jakobsen) Partiklerne fra det udtagne tungsand fra strandprofi let er eget fi n- kornede og ligger pakket elle sandskornene. (Foto: P. Jakobsen) steet blev det besluttet at nedsætte tryksonder i stranden 5 k syd for Hvide Sande havn. Trykålerne fra Holland er af fabrikat Diver, so er piezoelektriske følere kobineret ed en coputer, der låses rent tidsæssigt, så alle ålinger i stranden foregår nøjagtigt satidig (se næste side). 12 GeologiskNyt 1/7

4 Installation i stranden. Testinstallationen blev etableret på stranden 5 k syd for Hvide Sande havn i 3 rækker, hvor sensor nr. 1 i alle tre rækker blev placeret i kote, og der er 1 elle sensorerne ind od klitten. Forsøget blev opdelt i 2 faser. Alle sensorer arkeret ed rødt blev nedsat i stranden i ovenstående konfiguration d. 2 arts 26, og drænodulerne blev nedsat 6 senere elle sensorerne. Alle dataloggere blev låst rent tidsæssigt og ålte vandstanden for hver 2 in. Forålet ed den nordlige række (N) var at saenligne ålingerne ed sensorerne i centerrækken (C) for at se, o det var uligt at bruge nordrækken til referenceålinger. Dette var ikke uligt på grund af forskellene i geologien og dered forskelle i åledata. Den sydlige række var reserveret til studerende fra RUC og DTU, hvis installation af data-loggere v. desværre slog fejl, og eleverne stod derfor efterfølgende ed deres projektvejleder uden data efter en uges ophold på Vestkysten. N C S Vest Tryksonde i kote, DVR PEM 1 PEM 2 PEM 3 PEM 4 PEM 5 PEM 6 Øst 5 1 a 2 b 3 c 4 d 5 e 6 f a 2 b 3 c 4 d 5 e Sensor anbragt i stranden ed fri adgang til vandspejlet i stranden Drænodul ed Diver Tryksonderne er placeret i 3 rækker ed 5 eter elle rækkerne langs kysten og 1 eter i tværprofi let. (Grafi k: UVH odifi ceret efter forfatterne) Diver 1,8 c Målestation: Grundniveau: (Sensorernes placering i forhold til kote ) C1 3 c C2 35 c C3 59 c Forstrand C4 63 c C5 92 c C6 121 c Hældning på stranden 11 c Sensorerne er nedsænket i 1,75 eter lange rør ed 1 c fri adgang til grundvandet i bunden. (Grafi k: UVH) PEM 1 PEM 2 PEM 3 PEM 4 PEM 5 PEM 6 1 a 2 b 3 c 4 d 5 e 6 f 5 1 Trykudligningsodulerne ed sensorer er betegnet PEM 1-6. (Grafi k: UVH odifi ceret efter Poul Jakobsens forlæg) Trykudligningsodulerne bores ned i stranden og sættes ca. 25 c under overfl aden. (Foto: Poul Jakobsen) Placering af odulerne i et af profi lerne. (Foto: Poul Jakobsen) GeologiskNyt 1/7 13

5 1,2 1, C1 vsp Vandstand i stranden Poly. (C1 vsp),8,6,4,2, ,2 -,4 2. arts, april, 26,4 Trykgradient elle C1 og C2,3,2,1, ,2 -,3 -,4 26. arts Poly. () 2. arts, april, 26 Trykgradienten elle C1 og C2 er reduceret fra c til 5-6 c, efter at trykudlignings-odulerne er nedsat i stranden d. 26 arts 26. (Grafi k: Forfatterne) Evaluering Evalueringen af funktionen af trykudligningsodulerne er derfor baseret på ålingerne i centerrækken ed sae geologiske forhold, så vi arbejder ed de nøjagtige sae geologiske forhold i uge 1 og efterfølgende i uge 2, hvor trykudligningsodulerne blev nedsat elle sensorerne C1 C6. Vejrforholdene I den første periode fra d. 2. arts til d. 26. arts, hvor der ikke var nedsat trykudligningsoduler i stranden, var der priært østlig vind og så bølger i orådet. Den 26. arts skiftede vinden først på aftenen fra østlige til vestlige vindretninger ed vestlig kuling op til /sek. Satidig fandt en væsentlig rejsning i iddelvandstanden på kysten sted. Vi kan desværre ikke bruge data fra DMI s vindåler i Hvide Sande, da denne er placeret på rensningsanlægget og dered er i læ ved vestenvind. Datakontrol Sensorerne af fabrikat Diver har givet nogle helt fantastiske data, når vi tager i betragtning, at vi taler o trykforskelle elle og op til 15/1 atosfære. Der er således tale o eget så fysiske trykforskelle, so skal behandles ed egen otanke. Datakvaliteten er kendetegnet ved, at vi får positive data ved opadgående vandstrøe og negative værdier ved nedadgående vandstrøe. Der er således ikke konstateret ensidige datafejl i ålingerne og den efterfølgende analyseetode. Analyserne er derfor fokuseret på centerrækken, idet an ikke kan saenligne 14 GeologiskNyt 1/7

6 ,5,4,3,2,1 PEM 1-(C1 + C2)/ ,2 -,3,4,3,2,1 -,2 -,3 Trykudligningsodulerne under vand ved højvande 26. arts, april, arts, 26 PEM 2-(C2 + C3)/ Trykudligningsodulerne PEM 1 og PEM 2 dræner opad. (Grafi k: Forfatterne) disse eget så trykforskelle over bare 5 eter og slet ikke over 5 k, so nogle har forsøgt sig ed. Det er ligeledes det rene utopi at saenligne dynaiske forskelle fra uge 1 og uge 2 på grund af forskellig vandstand i de to perioder. Alle tryksonder er låst tidsæssigt til starttidspunktet, således at alle ålinger i stranden foregår satidig ed 2 inutters elleru, og det er derfor ålenueret i tidsrækken fra starttidspunktet, an ser på x-aksen i graferne. Man ser eget tydeligt tidevandsændringerne i ålingerne. Dage 2. april, 26 Dage Analyseetode Vi har derfor indledningsvis analyseret trykgradienten elle C1 og C2, hvor an har en afstand elle sensorerne på 1 eter. Efterfølgende har vi analyseret dræningseffekten ved at saenligne vandstanden i trykudligningsodulerne ed iddelhøjden elle de to næreste sensorer (C1+C2)/2, (C2+C3)/2, (C3+C4)/2, (C4+C5)/2, (C5+C6)/2 I ovenstående dobbeltfigur (PEM 1 og PEM 2) er trykudligningsodulerne under vand i tidsruet fra d. 26 arts til d. 2. april 26 og er således ude i udstrøningszonen, og an ser tydeligt, at odulerne dræner opad i overenssteelse ed de grundlæggende teorier for udstrøningszonen. Man skal hele tiden holde sig for øje, at sensorerne viser vandtrykket i stranden i såvel sensorodulerne so trykudligningsodulerne. Det er således dræneffekten fra trykudligningsodulerne, so giver en ændring i trykket og dered vandspejlet okring odulerne. Fanærozoiku Geologisk tidsskala Kænozoiku Mesozoiku Palæozoiku Subæra Syste/ Eon Æra periode Kvartær Tertiær Neogen Palæogen Kridt Jura Trias Per Karbon Devon Silur Ordoviciu Kabriu Mississippien Proterozoiku Arkæiku Neoproterozoiku Mesooproterozoiku Palæoproterozoiku Neoarkæiku Mesoarkæiku Palæoarkæiku Eoarkæiku io. år,1 1,8 5,3 23, 33,9 55,8 65,5 99,6 145,5 161,2 175,6 199,6 228, 245, 251, 26,4 27,6 299, 36,5 311,7 318,1 326,4 345,3 359,2 385,3 397,5 416, 418,7 422,9 428,2 443,7 46,9 471,8 488,3 51, 513, 542, Holocæn Pleistocæn Pliocæn Miocæn Oligocæn Eocæn Palæocæn Lopingien Guadalupien Cisuralien Pennsylvanien Serie Pridoli Ludlow Wenlock Llandovery Furongien Systebetegnelserne for Proterozoiku er ikke edtaget. For Arkæiku forligger der ingen systenavne. GeologiskNyt 1/7 15

7 Det er ikke kun inde i odulerne, an opnår effekten af trykudligningsodulerne, en også okring de lodrette dræn, so virker so selvspulende filtre. PEM betyder på engelsk Pressure Equalization Modules, og de enkelte grafer koer fra SIC s 1. års rapport fra Vestkysten, so ligger på SIC s hjeeside www. shore.dk. Triplefiguren til højre viser PEM 3, PEM 4 og PEM 5, so er placeret på den tørre del af stranden under de givne forhold, og an ser eget tydeligt, at odulerne dræner nedad og sænker vandstanden i stranden i forhold til de næreste tryksensorer so forventet af lodrette dræn inde på stranden. Analyser Vi ser en eget tydelig effekt af trykudligningsodulerne uden for kystlinien i udstrøningszonen, idet analyserne viser en klar opadgående vandstrø i trykudligningsodulerne PEM 1 og PEM 2 og dered det okringliggende oråde. Satidig ser vi eget tydeligt dræningseffekten af trykudligningsodulerne inde på stranden, hvor odulerne dræner vandet nedad til lag ed eventuelt bedre hydraulisk ledningsevne. Lodrette dræn har iidlertid en dobbeltfunktion, idet drænene både kan dræne opad og nedad i relation til vandtrykket i stranden. Lodrette dræn er en anerkendt dræningsteknik i lighed ed horisontale dræn, en er ikke nær så kendt i videnskabelige kredse so horisontale dræn. Vi vil gå så langt og påstå, at lodrette dræn generelt ikke er kendt i de ere videnskabelige kredse inden for kystteknik, og vi har ødt højt uddannede videnskabsfolk, hvor indgangsreplikken har været: Lodrette dræn hvad er det for noget, og hvor løber vandet hen? Disse replikker er reelt baggrunden for denne eget interessante undersøgelse, so viser de eget så trykforskelle i stranden. Disse trykforskelle har iidlertid en eget stor betydning for kystprofilets udseende. Trigger Modulerne virker so en trigger, der holder processerne i gang, når de ere eller indre ipereable lag er gennebrudt ed odulerne. Når der er vandstrøe i filterne, har vi satidig en selvspulende effekt, so også åbner de ipereable lag uden for odulerne, og an kan derfor ikke bare regne på vandstrøene inde i odulerne. Dræneffekten er derfor en vedvarende proces, so vedligeholdes af den selvspulende proces fra trykudligningsodulerne. Ordet trigger er et engelsk udtryk fra elektronikkens verden; den lille trigger kan på nogle få ikrosekunder og få illiwatt styre ange egawatt fx i et stort Nato radaranlæg.,2,15,1,5 -,5 5 -,2,15 5 -,25 PEM 3-(C3+C4)/ ,1,5 -,5 -,2 -,3 5 PEM 4-(C4+C5)/ ,15,1,5 -,5 -,2 26. arts, april, arts, arts, 26 PEM 5-(C5+C6)/ Trykudligningsoduler placeret på tør del af stranden 2. april, april, 26 PEM 3, PEM 4 og PEM 5 dræner nedad og sænker vandstanden i stranden i forhold til de næreste tryksensorer. (Grafi k: Forfatterne) Baroetertrykket Baroetertrykket er satidig en faktor i processen, idet det atosfæriske tryk får adgang til vandspejlet under eventuelle ipereable lag. Baroetertrykket kan give en vandspejlsændring på op til +/- 2 centieter og kan dered være ed til at dræne vandet hurtigere ud af stranden ved stigende baroeterstand. 16 GeologiskNyt 1/7

8 Ref. 2 Røroråde 2 Sandhøfde ved Gl. Skagen. (Foto: Poul Jakobsen) Ref. 3 Kysttillæg: 65 eter på 6 åneder. Trykudligningsodulerne har resulteret i et kysttillæg på 65 eter over 6 åneder på Hvide Sande. (Foto: Poul Jakobsen, august 25) Konklusion. Der er videnskabelig enighed o, at når vandtrykket er højt i en strand, får an kysterosion, ens der opstår et balanceprofil, når vandtrykket sænkes i en strand. Der er nu fuld dokuentation for, at trykudligningsodulerne ændrer trykgradienten på ferskvandet i stranden, når lagdelingen gennebrydes ed lodrette dræn, og at stranden drænes i såvel udstrøningszonen so stranden. Vi kan derfor konkludere, at der er god overenssteelse ed de videnskabelige teorier på orådet, når der opstår sandhøfder på kysten ud for rækkerne ed trykudligningsoduler, so dræner stranden. Disse sandhøfder opfanger den langsgående aterialetransport, og der opstår brede og høje sandstrande, so an ser på ovenstående billeder fra henholdsvis Gl. Skagen, hvor SIC-systeet blev udviklet og efterfølgende ved Hvide Sande, hvor systeet vises i stor ålestok. Projektet har vist, at SIC-systeet har stoppet den naturlige tilbagerykning på 2, eter årligt i læside-erosionsorådet syd for Hvide Sande havn. Dette svarer til årligt på den 11 k lange strækning, og de uvildige opålinger og beregninger udført af ingeniørfiraet Carl Bro A/S viser, at der derudover er et kysttillæg på , så den salede effekt i det første år er ca Flere skred på Møns Klint Inden for den sidste halvanden åneds tid har Møns Klint oplevet to voldsoe skred. Det første store skred fandt sted natten elle d. 26. og 27. januar i år heldigvis o natten, så ingen ko til skade. I 1994 faldt der et stort stykke af klinten ned, hvorved en fransk turist oko i skredasserne. Skredet sidst i januar 27 bestod af okring 46. tons kridt, sand og ler, der har dannet en halvø, der rager ca. 3 ud i Østersøen. Skredet er det største i 5 år. Natten elle d. 1. og 2. arts fandt der så et nyt skred sted elle Freuchens Pynt og Græderen. Det nye skred, der priært udgøres af kridt, strækker sig ca. 15 eter ud i Østersøen. Skov- og Naturstyrelsen valgte derfor at lukke for al færdsel på strand og skredasser neden for Møns Klint d. 3. arts. Indtil da havde ange interesserede været ude på den nye halvø og sale fossiler, der var dukket op i store ængder efter skredet. D. 4. arts fandt et lille skred sted nær Jydelejetrappen. Sae dag havde Skov- og Det største skred på Møns Klint i 5 år. Beærk de 3 ivrige salere ovre til højre i fotoet. (Foto: Birgit Larsen, Næstved; taget 3. februar 27) Naturstyrelsen sat adgang forbudt-skilte op ved alle nedgange til klinten. Ca klint er skredet ud i havet. Det er forentlig det høje porevandstryk udløst af ophobning af vand i jorden so følge af voldso nedbør der er skyld i skredene herved dannes der sprækker, so fyldes ed vand, og kobineret ed en vis frostaktivitet er store dele af klinten skredet i havet. Møns Klint består i den nedre del af skrivekridt fra Kridt. Enheden har en ægtighed på op od 6. Oven over kridtet angler hele den tertiære og store dele af den tertiære lagserie, der derfor overlejres af istidsaflejret sand og ler. På sit højeste sted er klinten okring 125.o.h. GeologiskNyt 1/7 17