Numerical Modelling of Background Suspended Sediment Concentrations using MIKE 21/3 MT: A Case Study of Rødsand Lagoon
(2025) In TVVR 5000 VVRM05 20251Division of Water Resources Engineering
- Abstract
- Anthropogenic coastal and marine activities, like dredging of the seabed, can affect ecosystems through increased turbidity by raising the level of suspended sediment concentrations (SSC). To accurately validate spilled sediment, simulations of background concentrations are essential as both spilled and natural sediment is included in measurements. This thesis aims to improve the representation of background concentration of suspended sediment through measurement data and numerical modelling in MIKE 21/3 Mud Transport, focusing on capturing the behaviour. The case study is based in Rødsand Lagoon, a coastal area close to the Fehmarnbelt tunnel under construction. The processes inducing background concentrations of suspended sediment in the... (More)
- Anthropogenic coastal and marine activities, like dredging of the seabed, can affect ecosystems through increased turbidity by raising the level of suspended sediment concentrations (SSC). To accurately validate spilled sediment, simulations of background concentrations are essential as both spilled and natural sediment is included in measurements. This thesis aims to improve the representation of background concentration of suspended sediment through measurement data and numerical modelling in MIKE 21/3 Mud Transport, focusing on capturing the behaviour. The case study is based in Rødsand Lagoon, a coastal area close to the Fehmarnbelt tunnel under construction. The processes inducing background concentrations of suspended sediment in the lagoon was found to be caused by bed shear stress induced by waves, together with wind velocity. The highest SSC were found to align with strong winds as the main external condition. From the sensitivity analysis, the bed composition was exposed as an important parameter for the numerical modelling process. The bed composition generated high levels of SSC when consisting of fine grains, and low SSC for coarser fractions. Though, both grain sizes are needed to imitate the behaviour of measured data. To influence the behaviour of the model, the critical shear stress for erosion and deposition are of significance and to some extent, the settling velocity also affects the result. The bed roughness and erosion coefficient displayed little influence. The result shows that the model has potential of reproducing similar dynamic responses as measured SSC. The analysis of uncertainties suggests that the model can be further improved by conduction field investigations and refining the calibration. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Modellering av naturliga bakgrundskoncentrationer av suspenderat sediment: En studie av Rødsand lagun
Fehmarnbelttunneln står färdig 2029 och kommer minska tågrestiden till kontinenten
med 2,5 timme. Det omfattande byggnadsprojektet innefattar bland annat tillverkning av betongtunnelsegment och muddring av havsbottnen. Modellering av sedimentspill vid
muddring är en viktig del i arbetet för att begränsa miljöpåverkan.
Grumligt vatten är något vi alla orsakat när vi kliver på havets botten. Detta utgörs av att havsbottens sediment skakas om och lyfts från botten, materialet suspenderar, och sjunker långsamt till botten igen. För mycket grumlighet i havet har negativa effekter i form av att ljus inte kan tränga ner på havets botten... (More) - Modellering av naturliga bakgrundskoncentrationer av suspenderat sediment: En studie av Rødsand lagun
Fehmarnbelttunneln står färdig 2029 och kommer minska tågrestiden till kontinenten
med 2,5 timme. Det omfattande byggnadsprojektet innefattar bland annat tillverkning av betongtunnelsegment och muddring av havsbottnen. Modellering av sedimentspill vid
muddring är en viktig del i arbetet för att begränsa miljöpåverkan.
Grumligt vatten är något vi alla orsakat när vi kliver på havets botten. Detta utgörs av att havsbottens sediment skakas om och lyfts från botten, materialet suspenderar, och sjunker långsamt till botten igen. För mycket grumlighet i havet har negativa effekter i form av att ljus inte kan tränga ner på havets botten och förse växter och djur med nödvändiga förhållanden.
Världens längsta sänktunnel över Fehmarnbelt byggs i detta nu mellan Danmark och Tyskland för att öka transportkapaciteten mellan Skandinavien och Centrala Europa, för både människor och gods. Utformningen av denna tunnel innebär att gräva ut en fålla för att göra plats för tunneln. Till följd av denna utgrävning uppstår sedimentspill som ökar grumligheten.
För att kontrollera att nivåerna av grumlighet inte blir för höga övervakas sedimentspillet genom mätningar och modellering. Ett problem med detta är att vid mätningarna innehåller både sedimentspill och sediment som suspenderats på naturlig väg, av vind, vågor och strömmar. Det är därför av vikt att med noggrannhet förutspå den naturliga bakgrundskoncentrationen för att kunna räkna bort detta i mätningarna och validera det modellerade sedimentspillet. Detta är av intresse vid många marina infrastrukturprojekt där muddring av sediment förekommer.
Rødsand lagun är ett grunt kustområde på den danska sidan av Fehmarnbeltsundet med höga naturvärden. Här är koncentrationerna från muddringen låga vilket gör detta till en lämplig plats att förbättra modellering av bakgrundskoncentrationer för. Lagunens egenskaper undersöks också för att ta reda på vad som orsakar höga koncentrationer av bakgrundkoncentrationer. Och vilka förhållanden som råder under perioder av höga koncentrationer.
I detta arbete presenteras sedimentegenskaper som är väsentliga för att kunna modellera och återskapa uppmätta koncentrationer av sediment. Sammansättningen av bottensedimentet och skjuvspänningen för erosion och deposition hade stor betydelse för modelleringen. Arbetet resulterade i att modellen har potential då den till viss del kan återskapa mätta värden och att den presterar tillfredställande under perioder med låga bakgrundskoncentrationer. Studien skulle kunna förbättras av fältprover på lagunens sediment samt vidare justering av modellparameterar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9202889
- author
- Hansson, Ellenor LU and Holmkvist, Elsa LU
- supervisor
- organization
- course
- VVRM05 20251
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Numerical modelling, MIKE 21/3, Suspended sediment concentration, Fine grained sediment, Rødsand Lagoon, Sediment dynamics
- publication/series
- TVVR 5000
- report number
- TVVR25/5008
- ISSN
- 1101-9824
- language
- English
- additional info
- Examiner: Björn Almström
- id
- 9202889
- date added to LUP
- 2025-06-23 08:07:55
- date last changed
- 2025-06-23 08:07:55
@misc{9202889,
abstract = {{Anthropogenic coastal and marine activities, like dredging of the seabed, can affect ecosystems through increased turbidity by raising the level of suspended sediment concentrations (SSC). To accurately validate spilled sediment, simulations of background concentrations are essential as both spilled and natural sediment is included in measurements. This thesis aims to improve the representation of background concentration of suspended sediment through measurement data and numerical modelling in MIKE 21/3 Mud Transport, focusing on capturing the behaviour. The case study is based in Rødsand Lagoon, a coastal area close to the Fehmarnbelt tunnel under construction. The processes inducing background concentrations of suspended sediment in the lagoon was found to be caused by bed shear stress induced by waves, together with wind velocity. The highest SSC were found to align with strong winds as the main external condition. From the sensitivity analysis, the bed composition was exposed as an important parameter for the numerical modelling process. The bed composition generated high levels of SSC when consisting of fine grains, and low SSC for coarser fractions. Though, both grain sizes are needed to imitate the behaviour of measured data. To influence the behaviour of the model, the critical shear stress for erosion and deposition are of significance and to some extent, the settling velocity also affects the result. The bed roughness and erosion coefficient displayed little influence. The result shows that the model has potential of reproducing similar dynamic responses as measured SSC. The analysis of uncertainties suggests that the model can be further improved by conduction field investigations and refining the calibration.}},
author = {{Hansson, Ellenor and Holmkvist, Elsa}},
issn = {{1101-9824}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{TVVR 5000}},
title = {{Numerical Modelling of Background Suspended Sediment Concentrations using MIKE 21/3 MT: A Case Study of Rødsand Lagoon}},
year = {{2025}},
}