Bestemmen van grond en baggerspecie en producten, Technieken voor aanbrengen grond en baggerspecie in diepe plassen

In de Handreiking Besluit bodemkwaliteit is meer informatie te vinden over de mogelijkheden voor het toepassen van grond en baggerspecie in grootschalige toepassingen en de onderbouwing van de normstelling. De Handreiking voor het herinrichten van diepe plassen van december 2010 gaat in op de vraag hoe we in Nederland, in aanvulling op de regels van het Besluit bodemkwaliteit, zorgvuldig met baggerspecie om kunnen gaan bij het herinrichten van plassen. De uitvoering van de herinrichting moet uitgevoerd worden met de ‘best beschikbare technieken’. Die staan hieronder aangegeven, samen met de af te wegen aspecten. Feitelijk is het toepassing in het kader van de herinrichting van diepe plassen geen grootschalige toepassing in de zin van artikel 63 Bbk (meer); het vormt een opzichzelfstaand toetsingskader. De Handreiking schrijft een breder pallet aan normen voor dan bij een ‘gewone’ grootschalige toepassing. Verwezen wordt naar het beleidsblad Bestemmen van grond en baggerspecie en producten, Toepassing van baggerspecie in diepe plassen.

Overzicht technieken

Voor het aanbrengen van grond of baggerspecie in diepe plassen zijn op hoofdlijnen twee type technieken te onderscheiden:

1. Mechanische technieken.
2. Hydraulische technieken.

De keuze hiervoor hangt niet alleen af van de mogelijkheden op de locatie zelf, maar ook van de herkomst en de eigenschappen van de grond of bagger die toegepast wordt.

De techniek is dus van veel aspecten in het totale proces afhankelijk en dat maakt de uiteindelijke keuze tot maatwerk voor iedere diepe plas.

Het zogenaamde ‘stortverlies’ geeft aan welk percentage van het aan te brengen materiaal in de waterkolom terecht komt en is een belangrijke factor bij de afweging voor de gebruikte techniek. Om deze reden wordt hier eerst op ingegaan, alvorens de verschillende technieken nader te omschrijven. Hierna volgt een overzicht van de beschikbare technieken, ingedeeld in de twee hoofdgroepen: mechanisch en hydraulisch. De techniek wordt kort toegelicht en vervolgens wordt ingegaan op het potentiële ‘stortverlies’ dat bij die techniek kan optreden.

Aanbevelingen op basis van Stortverlies

Het potentieel verlies bij het aanbrengen van baggerspecie is een belangrijke factor voor de vertroebeling in de plas tijdens het aanbrengen. Het minimaliseren van dit potentieel verlies is dan ook zeer belangrijk. Daarnaast zijn er, behalve bedrijfseconomische motieven, nog enkele andere parameters die bepalend zijn voor de keuze van een techniek. Dit zijn:

• afmeting en vorm van de slibwolk;
• capaciteit;
• menging met (omgevings)water.

In de uitgevoerde studies is uitvoerig aandacht besteed aan verschillende mogelijkheden. Op basis van literatuuronderzoek is geprobeerd inzicht te krijgen in de relatie tussen een bepaalde techniek en het potentieel verlies. De techniek is niet alleen bepalend voor het potentieel stortverlies. De overige parameters zoals de slibkarakteristieken zijn vaak niet voldoende gedocumenteerd bij de metingen van het stortverlies. Daardoor is er vaak een grote marge in de resultaten van het literatuuronderzoek. Wel wordt duidelijk welke technieken beter functioneren dan andere.

Het werken met onderlossers of een diffusor (in geval van hydraulisch aangevoerde baggerspecie) levert het minste ‘stortverlies’ en daarmee (tijdelijke) vertroebeling op. Uiteraard zijn de mogelijkheden voor het toepassen van deze technieken afhankelijk van de overige werkmethoden in het proces en de eigenschappen van de toe te passen grond of baggerspecie. De omvang van de slibwolk heeft een grote invloed op de uitwisselingsprocessen. Bij hydraulische technieken is de slibwolk globaal een factor twee groter (tenzij met een diffusor gewerkt wordt) zodat er voor toepassing in diepe plassen een voorkeur bestaat voor het mechanisch aanbrengen met onderlossers. De keuze tussen hydraulische technieken en onderlossers is niet altijd vrij. Deze heeft een duidelijke relatie met het type baggerwerk en de transportmogelijkheden. In de voorbereiding van het werk zal bekeken moeten worden in hoeverre aanvoer van de specie met bakken en in hogere dichtheid (> 1250 kg/m3) mogelijk is. Er is gezocht naar een relatie tussen specie-eigenschappen, stortparameters en het potentieel stortverlies. Op basis van de beschikbare metingen is het niet mogelijk deze relatie vast te stellen. Wel is gebleken dat bijvoorbeeld de dichtheid van specie een belangrijke factor kan zijn. Dit hangt echter sterk samen met de keuze voor een bepaalde techniek en is dus niet onafhankelijk te beschouwen.

Mechanische technieken
Onderlosser

Een onderlosser of splijtbak lost de baggerspecie of grond net onder de waterlijn. Met deze methode wordt een grote hoeveelheid in een keer aangebracht. De afmetingen van de onderlossers of splijtbakken kunnen variëren van 100 tot 800 m3.

Alle metingen van zwevend stof concentraties ter plaatse van het toepassen met onderlossers toonden hetzelfde concentratieprofiel. De gemeten concentratieverhoging in het bovenste deel bedraagt circa 30 tot 50 mg/l. In het onderste deel, vlak boven de bodem kan de zwevend stof concentratie toenemen tot 200 a 300 mg/l, waarbij de gemiddelde concentratie circa 100-200 mg/l bedraagt.

Het berekende potentiële stortverlies in het bovenste deel van de waterkolom is nihil (circa 0,2%), Bijna al het zwevende stof bevindt zich in de onderste 1-3 meter van de waterkolom. Het potentiële stortverlies bedraagt bij deze toepassingsmethode gemiddeld 3,5%.

Inbrengen vanaf de kant
Bij kleinere locaties die niet per schip te bereiken zijn kan de baggerspecie of grond per as worden aangevoerd. Het materiaal wordt dan vanaf een ponton (zie foto) of vanaf de kant langs de oever aangebracht. Dit veroorzaakt over het algemeen weinig stortverlies doordat het materiaal rustig aangebracht wordt en, indien het vanaf de kant ingebracht wordt, een kleine afstand aflegt door de waterkolom. Als het vanaf een ponton aangebracht wordt, dan kan de afstand in de waterkolom vergelijkbaar zijn met de afstand vanuit een onderlosser ( de ponton kan tot middenin de plas reiken). Als er daadwerkelijk vanaf de kant gestort wordt, dan glijdt de specie vanaf het oevertalud (stortfront) in het water en dan is de storthoogte (en daarmee ook de vertroebeling) beperkt.

Grijper boven water
Bij het aanbrengen met een grijper boven water is het concentratieprofiel afwijkend van dat van een onderlosser. Er bevindt zich relatief meer zwevend stof in de bovenste waterkolom. De toename van de zwevend stof concentratie in het bovenste deel van de waterkolom is een factor 3 hoger dan bij het aanbrengen met een onderlosser. In het onderste deel is de concentratietoename min of meer gelijk als bij een onderlosser. De verhouding tussen de hoogte van het onderste en bovenste deel van de waterkolom kan oplopen tot 1:1. De afmetingen van de slibwolk zijn in het bovenste deel van de waterkolom groter en in het onderste deel van de waterkolom kleiner dan bij een onderlosser. Het potentiële stortverlies bedraagt bij deze techniek ongeveer 7,4%.

Grijper onder water

De zwevend stof concentraties zijn bij deze techniek lager dan bij lossen met een grijper boven water. Dit is het gevolg van het onder het wateroppervlak loslaten van de specie. De lagere zwevend stof concentraties zijn terug te vinden in de lagere potentiële stortverliespercentages ten opzichte van het boven water loslaten van de specie; ongeveer 5,5% van de totaal gestorte massa droge stof. De methode 'grijper onder water' en 'onderlosser' zijn wat betreft de vallengtes van de specie door de waterkolom gelijk. Het iets hogere verlies bij de grijper wordt veroorzaakt door het in meerdere keren storten van kleinere hoeveelheden.

Stortkoker

Een stortkoker kan gebruikt worden om het materiaal op een specifieke locatie aan te brengen. Bij het aanbrengen met een stortkoker is het gebied met verhoogde vertroebelingen aanzienlijk kleiner dan bij een onderlosser. Dit wordt verklaard door de afscherming van de specie naar de bodem door de stortkoker. De gevonden potentiële stortverliespercentages zijn ongeveer gelijk aan die zijn gevonden bij onderlossers. Bij een stortkoker is het verliespercentage in de bovenste waterkolom nihil. Het verliespercentage in het onderste deel van de waterkolom bedraagt circa 3,7%. Dit is echter wel afhankelijk van het niveau, waarop de opening van de stortkoker zich bevindt; als de stortkoker zicht te dicht boven het specieniveau bevindt dan veroorzaakt dit juist extra vertroebeling omdat de specie in de vorm van een geconcentreerde straal opnieuw opwerveling van de reeds eerder gestorte specie veroorzaakt.

Hydraulische technieken

Bij het aanbrengen van bagger of grond met hydraulische technieken wordt het materiaal verpompt en met behulp van buizen op de locatie aangebracht. Hiervoor zijn verschillende methoden. Het materiaal kan bijvoorbeeld met hydraulische ontgravingstechnieken verwijderd worden en rechtstreeks verpompt worden naar de verwerkingslocatie. Ook kan het materiaal vanuit een beunschip verpompt worden naar een nabij gelegen locatie.

Hydraulisch onder water aanbrengen met een rechte uitstroomopening
De karakteristieken van de vertroebeling bij het hydraulisch onder water aanbrengen met een rechte pijp zijn in bijgevoegde figuur weergegeven. De karakteristieken van de vertroebeling zijn gebaseerd op metingen van het Slufter depot [WL, 1991] en in de Zevenhuizerplas [Gemeentewerken Rotterdam, 1977]. Voor de gehele waterkolom is het potentiële stortverlies circa 3 %.

Hydraulisch onder water aanbrengen met een diffusor
De karakteristieke afmetingen en concentraties van de slibwolk bij het hydraulisch storten met een diffusor zijn weergegeven in bijgevoegde figuur. De afmetingen zijn vergelijkbaar met die bij het onder water aanbrengen met een rechte uitstroomopening, maar de zwevend stof concentraties zijn lager. Uitgevoerde metingen [WAU, 1997], [WL, 1991] laten zien dat de potentiële stortverliespercentages relatief laag zijn ten opzichte van de andere hier beschouwde stortmethoden. Het gemiddelde potentiële stortverliespercentage bedraagt 1,2%.

Veranderingen van de zwevend stofwolk in de tijd

Van een aantal metingen bij mechanisch aanbrengen zijn ook troebelheidmetingen 20 tot 60 minuten na het aanbrengen beschikbaar [WAU, 1998]. Het gaat hier echter niet meer om het potentiële stortverlies; een deel van het zwevend stof is namelijk verspreid of bezonken. Het vergelijken van de methoden is dan ook niet zinvol. Wel kan een algemeen beeld worden gegeven van de verandering van de zwevend stofwolk in de tijd. De zwevend stof concentratie in het bovenste deel van de waterkolom neemt in enkele tientallen minuten sterk af, in tegenstelling tot de concentratie in de onderste waterlaag. Bij de mechanische methoden is na een uur nagenoeg geen zwevend stof meer in de bovenste laag te vinden. Een deel van het zwevend stof in de bovenste laag is weggezakt in de onderste laag. Ongeveer een uur na het storten is de hoeveelheid zwevend stof in de onderste waterlaag nog circa 10 tot 30% van het zwevend stof dat tijdens het storten in de waterkolom aanwezig was. De tijdsduur zal sterk afhankelijk zijn van de specie-eigenschappen (grover materiaal zal korter duren, fijner materiaal zal langer in suspensie blijven. Bij de overige technieken is eenzelfde trend te ontdekken.

Conclusies technieken en potentiële stortverliezen

Het blijkt dat hydraulisch onder water aanbrengen met een diffusor een van de gunstigste methoden is. Bij de mechanische methoden scoort de onderlosser relatief goed, gevolgd door het aanbrengen met een stortkoker. Bij zowel hydraulisch als mechanisch boven water lossen zijn de grootste potentiële stortverliezen gevonden. Uiteraard is de te kiezen methode afhankelijk van vele factoren in het totale werk, het toepassen van grond en baggerspecie onder water blijft daarom maatwerk.

De omvang van de slibwolk is bij een stortkoker relatief het kleinste en bij een diffusor relatief het grootst. Dit wordt met name bepaald door de capaciteit. De menging met het omgevingswater is bij een stortkoker (mechanisch) en diffusor (hydraulisch) groter dan bij het aanbrengen met een onderlosser. Met name bij de hydraulische technieken is door bijmenging van water de samenhang van de specie kleiner dan bij mechanische technieken. Daarnaast zijn goede ervaringen opgedaan met het mechanisch lossen vanaf de kant of een ponton.

Aanbrengen afdeklaag

Praktijkgegevens van het aanbrengen van een afdeklaag zijn beschikbaar vanuit het saneren van de waterbodem in het Haringvliet. Hierbij is klei gebruikt om de (verontreinigde) waterbodem af te dekken. Voor de toepassingen in diepe plassen zijn deze praktijkvoorbeelden niet geheel representatief.

Het afdekken zal met vergelijkbare technieken uitgevoerd worden als het aanbrengen van de overige grond en baggerspecie in de toepassing. Hiervoor dient dan ook een vergelijkbare afweging gemaakt te worden (mechanisch of hydraulisch). Aanvullend hierop dient rekening gehouden te worden met de nauwkeurigheid van aanbrengen omdat de afdeklaag moet voldoen aan een bepaalde minimale dikte. De plaatsbepaling speelt hierbij dus een belangrijke rol. Daarnaast is het van belang de afdeklaag rustig aan te brengen (onder water lossen, zo dicht mogelijk bij de af te dekken laag) om zo vermenging met het onderliggende materiaal of verschuiving van de laag te voorkomen. Afhankelijk van de toe te passen techniek is het soms beter om de afdekking in meerdere lagen aan te brengen.