Golfgroei - Bijlage E Golfberekeningen volgens eenvoudige benadering

Golfgroei

Bij deze methode worden golfhoogte en -periode vastgesteld in een situatie waarbij de wind over een watervlak waait met een constante snelheid en een zodanige duur dat de golf maximaal tot ontwikkeling komt. De tijd die nodig is om een golf over de maximaal voorkomende strijklengte – ongeveer 5 km – volledig tot ontwikkeling te laten komen, bedraagt, afhankelijk van de windsnelheid, driekwart tot één uur (zie bijvoorbeeld de Waal, 2003). Dit komt ongeveer overeen met de periode van één uur waarover de windgegevens van het KNMI zijn gemiddeld. Bij gebruik van uurgemiddelden van de windsnelheden kan dus worden aangenomen dat de berekende golfhoogten zich steeds volledig hebben kunnen ontwikkelen.

Uit de gegeven windsnelheid, de waterdiepte en de strijklengte worden rechtstreeks de significante golfhoogte en de kenmerkende golfperiode bepaald. Deze bepaling geschiedt aan de hand van empirisch vastgestelde golfgroeiformules. Als voorbeeld worden de formules van Bretschneider gegeven; deze zijn ook opgenomen in de Hydra-modellen. De formules zijn uitgedrukt in dimensieloze parameters voor golfhoogte H, golfperiode T, waterdiepte d en strijklengte F, bij een gegeven windsnelheid u.

Als golfhoogte wordt de H_1/3 bepaald, en voor de golfperiode de T_1/3. Deze worden ook wel significante golfhoogte (H_s) of periode (T_s) genoemd.

De formules zijn als volgt (TAW, 1989):

Waarin:

g         = versnelling van de zwaartekracht                      [m/s]

u         = windsnelheid op 10 meter hoogte                     [m/s]

d         = waterdiepte                                                            [m]

F         = strijklengte                                                              [m]

H_1/3   = significante golfhoogte                                         [m]

T_1/3    = significante golfperiode                                       [s]

Strijklengte

Voor de in rekening te brengen strijklengte F wordt aanbevolen in alle situaties een effectieve strijklengte F_e te bepalen, die is afgestemd op de configuratie van het vóór de waterkering gelegen wateroppervlak. De effectieve strijklengte wordt dan in een willekeurige situatie gelijk gesteld aan een gewogen gemiddelde van de projecties l(α) op de windrichting van alle strijklengten in alle richtingen α (zie Figuur E.1.), volgens:

Hierin is w(α) een gewichtsfunctie. Aanbevolen wordt als gewichtsfunctie w(α) = cos α te gebruiken en voor αmeen waarde van 42° aan te houden. (Holthuijsen, 1980 en bijlage 9 in LOR1 (TAW, 1985)).

Figuur E.1 Principeschets effectieve strijklengte (TAW, 1985)

In Figuur E.2 is een rekenvoorbeeld gegeven, ontleend aan bijlage 9 in LOR1 (TAW, 1985).

Figuur E.2 Schema voor de bepaling van de effectieve strijklengte (TAW, 1985)

In de Hydra-modellen zijn effectieve strijklengtes (en waterdieptes) meegeleverd. Ze zijn gebaseerd op een berekening van individuele strijklengtes van bandijk tot bandijk. Benadrukt wordt dat het de ontwerper vrij laat om deze strijklengtes aan te passen. De effectieve strijklengte, en daarmee de golfhoogte, kan in belangrijke mate beperkt worden door de aanwezigheid van hooggelegen of hoogwatervrije gebieden zoals steenfabrieken en opritten van bruggen, en van leidammen en hoge zomerkaden, mits ze niet te diep onder water liggen en de verwachting gewettigd is dat zij gedurende de planperiode aan- wezig zullen blijven. Om niet onnodig hoog te ontwerpen verdient het aanbeveling daar bij het ontwerp rekening mee te houden. Hoogwatervrije terreinen of kades kunnen verwerkt worden door bij de bepaling van de strijklengtes hierbij rekening te houden. Met behulp van contouren van deze gebieden kunnen de effectieve strijklengtes worden berekend. Dit kan binnen de Hydra’s. Voor complexe situaties wordt verwezen naar paragraaf E.5.

Waterdiepte

Voor de in rekening te brengen waterdiepte d wordt aanbevolen één waarde te bepalen die bij een schaardijk is afgestemd op de gemiddelde waterdiepte in de rivier, of anders de waterdiepte boven de uiterwaard. De diepte in de zone direct langs de dijk is met name van belang. De invloed van plaatselijke, diepe geulen kan buiten beschouwing gelaten worden. In de Hydra-modellen zijn bodemhoogtes meegeleverd. Ze zijn berekend als een gemiddelde bodemhoogte over de strijkraai. Benadrukt wordt dat het de ontwerper vrij laat om deze strijklengtes aan te passen.

Het gebruik van meerdere vakken met verschillende waterdieptes conform LOR2 (TAW, 1989) wordt sterk afgeraden omdat dit een nauwkeurigheid suggereert die er niet is. Voor complexe situaties wordt verwezen naar paragraaf E.5.

Aanbevolen wordt om voorlanden en hooggelegen terreinen voor de waterkering niet in de waterdiepte mee te nemen. Het is beter om deze als voorland te beschouwen (zie paragraaf E.4).

Windsnelheid

De huidige ontwerp- en toetspraktijk is niet eenduidig in de toegepaste windsnelheid in de golfgroeiformules. Voor de bovenrivieren worden de ontwerpwindsnelheden gebruikt, en dit zijn potentiële windsnelheden. In sommige gevallen wordt deze omgerekend naar open- water. In Hydra-B en Hydra-VIJ wordt de openwaterwindsnelheid gebruikt (zie voor uitleg paragraaf 4.6).

Ondanks deze inconsistentie wordt aanbevolen dit voorlopig te handhaven. Nader onderzoek moet uitwijzen welke windsnelheid in welke situaties het beste kan worden toegepast (zie ook paragraaf 11.2.3).