Definities - Inleiding

Definities

In de lijst van symbolen zijn korte definities van gebruikte parameters opgenomen. Enkele definities zijn echter zo belangrijk dat ze in deze paragraaf apart worden beschreven. De definities en geldigheidsgrenzen hebben specifiek betrekking op toepassing van de gegeven formules. In die zin is bijvoorbeeld een helling 1:12 geen talud en ook geen berm. In zo’n situatie kan golfoploop en golfoverslag alleen worden berekend via interpolatie. Bij een helling 1:12 bijvoorbeeld door interpolatie tussen een talud 1:8 (flauwste talud) en een 1:15 berm (steilste berm).

Voorland

Een voorland is het gedeelte vóór de dijk en aansluitend aan de dijk. Dit kan horizontaal zijn tot een maximaal talud van 1:10. Het voorland kan diep of (zeer) ondiep liggen. In het laat- ste geval zullen door dieptebeperking golven breken op dit voorland en wordt dus de golf- hoogte gereduceerd. De golfhoogte die altijd in golfoploop- en golfoverslagberekeningen moet worden gebruikt is de inkomende golfhoogte die te verwachten is aan het einde van het voorland (en dus bij de teen van de dijk).

Soms ligt een voorland zeer ondiep en is het vrij kort. Om onder de definitie voorland te vallen moet een voorland een minimale lengte hebben van één golflengte L0. Na één golflengte is de golfhoogte redelijk aan het (zeer) ondiepe voorland aangepast en kan de golfhoogte aan het einde van dit voorland in de formules worden gebruikt. Als het (ondiepe) voorland korter is moet worden geïnterpoleerd tussen een berm met B = 0,25.L0en een voorland met een lengte van 1,0.L0. In de Leidraad [TAW, 1989] wordt een minimale lengte van 2 golflengten aangehouden en wordt voorgesteld bij een lengte kleiner dan een golflengte helemaal geen reductie door golfbreken toe te passen en het voorland te negeren. Met de huidige inzichten kan echter worden gesteld dat het meeste van het golfbreken bij een (zeer) ondiep voorland binnen een golflengte optreedt en dat deze lengte als ondergrens kan worden aangehouden.

Een precieze grens tussen een ondiep en een zeer ondiep voorland is niet te geven. Bij een ondiep voorland breken golven en wordt de golfhoogte lager, maar er blijft nog wel een spectrum bestaan dat op het oorspronkelijke inkomende spectrum lijkt. Bij een zeer ondiep voorland is nauwelijks nog een spectrum met een piek te bekennen (“platgeslagen” spectrum), omdat de golven door breken erg klein worden en er veel verschillende golfperioden ontstaan. Heel globaal kan worden gezegd dat de overgang tussen ondiep en zeer ondiep ligt bij de situatie waarbij de oorspronkelijke golfhoogte op dieper water door het voorland met 50% of meer wordt gereduceerd.

Bij een zeer ondiep voorland wordt de golfhoogte bij de constructie dus veel kleiner dan die op dieper water. Dit houdt in dat de golfsteilheid, zoals in dit rapport gedefinieerd, ook veel kleiner wordt. Daarmee wordt de brekerparameter, die in golfoploop en golfoverslagberekeningen wordt gebruikt, juist veel groter. Waarden voor de brekerparameter van 4-10 zijn dan mogelijk, terwijl voor een dijktalud van 1:3 of 1:4 deze waarden meestal beperkt zijn tot hooguit een waarde 2 of 3. Een andere mogelijkheid om na te gaan of een zeer ondiep voor- land aanwezig is, is naar de waarde van de brekerparameter te kijken. Is deze waarde groter dan 5-7, dan is sprake van een zeer ondiep voorland (tenzij een zeer steil talud aanwezig is, veel steiler dan 1:3). Hierbij is het dus niet nodig kennis te hebben van de golfhoogte op die- per water.

Teen van dijk

In de meeste gevallen is het duidelijk waar de teen van de dijk ligt, namelijk daar waar het talud overgaat in het voorland. Het is echter mogelijk dat dit voorland een beweeglijke bodem kent, zoals bijvoorbeeld een stroomgeul voor de dijk. In zo’n geval is de plaats van de teen niet constant. Bij het ontwerpen van een dijk zal men een inschatting moeten maken waar het voorland onder de ontwerpomstandigheid ligt of komt te liggen. Dit bepaalt ook de ligging van de teen van de dijk. Hetzelfde geldt voor de toetsing van dijken. Bij eventuele golfoploopmetingen zal men bij verificatie het op dat moment aanwezige voorlandprofiel moeten nemen, met de golfhoogte die hoort bij die ligging van de teen van de dijk.

figuur 1: dwarsdoorsnede van een dijk met betrekking tot het buitentalud

Golfhoogte

De golfhoogte die in de golfoploop- en golfoverslagformules in rekening wordt gebracht is de inkomende significante golfhoogte Hm0ter plaatse van de teen van de dijk. Dit is de spectrale golfhoogtemaat gedefinieerd als Hm0= 4 ym 0. (Numerieke) golfvoorspellingsmodellen geven deze golfhoogte. Een andere definitie van significante golfhoogte is het gemiddelde van het hoogste eenderde deel van de golven H1/3. Deze golfhoogte wordt dus niet gebruikt. Op diep water geven beide definities vrijwel dezelfde waarde, in situaties met ondiep water kunnen verschillen optreden tot 10-15%.

In veel gevallen is er een voorland aanwezig waardoor golven kunnen breken en waarbij de significante golfhoogte kleiner wordt. In de Leidraad [TAW, 1989] wordt een eenvoudige methode gegeven om globaal de dieptebeperkte golfhoogte te berekenen. Er bestaan mo- dellen die op redelijk eenvoudige wijze de afname in energie door golfbreken kunnen voor- spellen en daarmee de bijbehorende golfhoogte bij de teen van de constructie. De golfhoogte moet worden berekend over het volledige spectrum, inclusief eventueel aanwezige energie in lange golven.

Gebaseerd op de spectrale significante golfhoogte is het vrij eenvoudig een golfhoogteverdeling en bijbehorende significante golfhoogte H1/3te berekenen via de methode in Battjes en Groenendijk [BG, 2000].

Golfperiode

De golfperiode die bij golfoploop en golfoverslag moet worden gebruikt is de spectrale periodemaat Tm-1,0(m-1/m0). Deze periodemaat geeft meer gewicht aan de langere perioden in het spectrum dan een gemiddelde periode en geeft, ongeacht de vorm van het spectrum, overeenkomstige golfoploop of golfoverslag bij dezelfde waarden en dezelfde golfhoogten. Op deze manier kunnen eenvoudig voor dubbeltoppige en “platgeslagen” spectra de golf- oploop en golfoverslag worden bepaald, zonder verdere lastige procedures.

Voor het geval van eenduidige spectra met een duidelijke piek is er een vaste relatie tussen de spectrale periodemaat Tm-1,0en de piekperiode. In dit rapport wordt een omrekeningsfactor gegeven (Tp= 1,1.Tm-1,0) voor het geval wel de piekperiode bekend of bepaald is, maar niet de spectrale periodemaat.

Talud

Een stuk uit een dijkprofiel is een talud als de helling ligt tussen 1:1 en 1:8. Deze grenzen gelden ook voor het gemiddeld talud, dat is de taludhelling die ontstaat als een lijn tussen -1,5.Hm0en +z2% ten opzichte van de stilwaterlijn wordt getrokken en waarbij bermen niet worden meegerekend (zie figuur 7 en paragraaf 2.3). Een doorgaand talud met een helling tussen 1:8 en 1:10 kan in eerste instantie nog wel met de formules worden berekend, maar de betrouwbaarheid is minder groot dan voor steilere taluds.

Berm

Een berm is een stuk uit een dijkprofiel waarbij de helling mag variëren tussen horizontaal en 1:15. De bermligging ten opzichte van de stilwaterlijn wordt bepaald door de diepteligging dh, de verticale afstand tussen het midden van de berm en de stilwaterlijn. De breedte van een berm, B, mag niet groter zijn dan een kwart van de golflengte, met andere woorden: B < 0,25.L0. Als de breedte wel groter is dan zit de constructie tussen een berm en een voor- land in en kan de golfoploop en golfoverslag via interpolatie worden berekend.

Kruinhoogte

De kruin van een dijk, zeker als er een wegdek op is aangebracht, is in veel gevallen niet ge- heel horizontaal, maar een beetje rond, en heeft een zekere breedte. In de Leidraden voor het ontwerpen van rivierdijken [TAW, 1985] en [TAW, 1989] wordt de kruinhoogte niet precies gedefinieerd. In de Leidraad Toetsen op Veiligheid [TAW, 1999-1] is dat wel het geval. De kruinhoogte wordt daar gedefinieerd als de hoogte van de buitenkruinlijn. Voor golfoploop en golfoverslag wordt daarom deze definitie voor de kruinhoogte aangehouden. In principe hebben in de berekeningen de breedte van de kruin en de hoogte van het midden van de kruin geen invloed op de golfoverslag. Wel kan natuurlijk de breedte van de kruin, als deze heel breed is, een invloed hebben op de toelaatbare golfoverslag.

De kruinhoogte die bij golfoverslag in rekening moet worden gebracht bij een boventalud met breuksteen, is niet de bovenkant van de breuksteen. De breuksteenlaag zelf is geheel waterdoorlatend, zodat eerder de onderkant aangehouden moet worden. Eigenlijk bepaalt de hoogte van een niet of nauwelijks waterdoorlatende laag in dit geval de kruinhoogte voor golfoverslagberekeningen.

Golfoploophoogte

De golfoploophoogte wordt gegeven door z2%. Dat is het golfoploopniveau, verticaal ge- meten ten opzichte van de stilwaterlijn, waarbij het aantal oplopen dat dit niveau overschrijdt 2% is van het aantal inkomende golven. Het aantal overschrijdingen wordt hierbij gerelateerd aan het aantal inkomende golven en dus niet aan het aantal oplopen.

Een zeer dunne waterlaag in een oplopende tong kan niet meer goed worden gemeten. In modelonderzoek wordt de grens vaak bereikt bij een waterlaagdikte van 2 mm. In de prak- tijk betekent dit een laagdikte van ongeveer 2 cm, afhankelijk van de schaal ten opzichte van het modelonderzoek. Ook kunnen zeer dunne lagen op een glad talud door harde wind ver het talud op worden geblazen, wat ook niet in een kleinschalig model wordt gesimuleerd. Oplopende watertongen die nog geen 2 cm dik zijn bevatten maar heel weinig water en zijn ook niet zinvol in relatie tot de functie van de waterkering. Daarom wordt gesteld dat het golfoploopniveau wordt bepaald door het niveau waarbij de watertong minder dan 2 cm dik wordt. Dunne lagen die het talud op worden geblazen worden dus niet gezien als golfoploop.

Golfoverslag

Golfoverslag wordt gegeven als een gemiddeld debiet per strekkende meter breedte, q, bijvoorbeeld in m3/m per s of in l/m per s. De golfoverslag wordt berekend ten opzichte van de hoogte van de buitenkruinlijn en er wordt van uitgegaan dat deze overslag ook de achterkant van de kruin en het binnentalud bereikt.

In werkelijkheid gaat er bij golfoverslag niet een constant debiet over de kruin van een waterkering. De hoogste golven zullen in korte tijd, korter dan een golfperiode, een grote hoeveelheid water over de kruin laten lopen. Lagere golven zullen helemaal geen overslag geven. In het rapport wordt een methode gegeven, waarbij de verdeling kan worden berekend van overslagvolumes per golf. Zo’n overslagvolume per golf, V, wordt gegeven in m3 per m per golf.