Schematisatie van het windgolvenveld tot invoerparameters - Hydraulische randvoorwaarden

Hydraulische randvoorwaarden

SCHEMATISATIE VAN HET WINDGOLVENVELD TOT INVOERPARAMETERS

Windgolven zijn vooral voor zee- en meerdijken de belangrijkste belasting. Voor een locatie kan een golf worden gedefinieerd als de waterbeweging tussen de twee opeenvolgende tijdstippen waarop de waterstand in eenzelfde richting door de stilwaterstand heen beweegt. Binnen een golf liggen dus een of meerdere minima en maxima (zie figuur 2.1, waarin T] staat voor de momentane waterstand; het voorbeeld betreft een breed golfspectrum). De hoogte H van een golf is gelijk aan het hoogteverschil tussen het absolute minimum en maximum. De golfperiode is het tijdsverschil tussen de momenten dat de waterstand in eenzelfde richting door de stilwaterstand heen beweegt.

Opeenvolgende golven hebben meestal niet dezelfde hoogte en periode; men spreekt dan van onregelmatige golven. In veel rekenregels wordt de golfhoogte gekarakteriseerd door de significante golfhoogte Hs en de golfperiode door de piekperiode Tp.

De significante golfhoogte Hs komt globaal overeen met de hoogte die men op het oog zou schatten. Hs is per definitie gelijk aan het gemiddelde van het hoogste een-derde deel van de golven. Voor niet-brekende golven is de golfhoogteverdeling meestal gelijk aan de Rayleigh-verdeling. Voor die verdeling is het gemiddelde van het hoogste een-derde deel van de golven, en dus Hs, gelijk aan de waarde die door 13,5% van de gevallen wordt overschreden (H 13_ 5%). De verhouding tussen Hs en golfhoogten met een andere over­ schrijdingsfrequentie kunnen worden afgeleid uit de Rayleigh-verdeling. Voorbeelden zijn:

H1% = 1,52 HS

H2% = 1,40 HS

H5% = 1,22 HS

H50%= 0,59 HS

De golfhoogte tijdens een storm wordt meestal gekarakteriseerd door de grootte van Hs die tijdens het hoogtepunt van de storm, gedurende minimaal een half uur optreedt.

Figuur 2.1 Definitie van golfhoogte en golfperiode

De golfperiode wordt meestal gekarakteriseerd door de piekperiode Tp· De piekperiode wordt bepaald aan de hand van het golfspectrum: de verdeling van de golfenergiedichtheid als functie van de periode, zie figuur 2.2. TP is de periode die hoort bij de golven met de grootste energiedichtheid. Naast de piekperiode TP wordt soms de spectrale golfperiode Tm-1,0 gebruikt (ook wel aangeduid als de blokpiekperiode Tpb). Deze is als volgt gedefinieerd:

De waarde van TP is 10 a 30% groter dan de waarde van Tm-1,0. Deze verhouding is afhankelijk van de vorm van het spectrum, zie figuur 2.2. Verwezen wordt naar bijlage II van [lit.10].

Figuur 2.2 Voorbeeld van een golfspectrum

Het is mogelijk dat een spectrum meerdere toppen heeft, bijvoorbeeld een piek voor deining en een piek voor lokaal opgewekte golven. In dat geval wordt in de rekenregels gewerkt met de grootste van twee parameters: de al genoemde spectraalperiode T m-1.0 of de equivalente blokpiekperiode Tpbeq· Deze wordt in de rekenregels op dezelfde manier gebruikt als de piekperiode Tp· De definitie is als volgt:

De breedte van het golfspectrum kan worden gezien als een maat voor de spreiding in de waarde van de golfperiode in afzonderlijke golven. De golflengte is vooral afhankelijk van de golfperiode en de waterdiepte. Voor diep water (h > 0,25 • L0) geldt:

De golflengte op diep water die hoort bij de piekperiode TP wordt aangeduid als Lop· De golflengte op ondiep water is moeilijker te berekenen en wordt daarom in de praktijk niet gebruikt.

Tenslotte is de go/fstei/heid van belang. In de rekenregels wordt de lokale golfsteilheid gekarakteriseerd door de verhouding tussen de lokale Hs en de eerder genoemde golflengte op diep water Lop· Voor de golfsteilheid geldt S0P = Hs / Lop· Meestal wordt de golfsteilheid in de rekenregels gecombineerd met de taludhelling tot de brekerparameter . waarvoor geldt: op = tanα /